第二部分光波特性.pptVIP

第1页，共10页，星期日，2025年，2月5日激光的基本原理及特性波长?/?m无线电波微波红外线紫外线可见光X射线?射线宇宙射线1?m103m106mm10910-310-610-9nm波长?/nm106102003904554925775976227605x1036x1034x104300极远远近极远远中近红橙黄绿蓝紫电磁波谱图第二部分光波的特性第2页，共10页，星期日，2025年，2月5日激光的基本原理及特性2、麦克斯韦电磁方程根据光的电磁理论，光波具有电磁波的所有性质，这些性质都可以从电磁波的基本方程－麦克斯韦方程组推导出来。麦克斯韦方程组的微分形式：??D＝???B＝0?xE＝－(?B/?t)?xH＝J+(?D/?t)式中：D、E、B、H分别表示电感应强度（电位移矢量）、电场强度、磁感应强度、磁场强度；?是自由电荷密度、J是传导电流密度。这种微分形式的方程组将空间任一点的电、磁场联系在一起，可以确定空间任一点的电、磁场。3、物质方程D＝?EB＝?HJ＝?E式中：?＝?0?r为介电常数，描述介质的光学性质。?0是真空中介电常数，?r是相对介电常数；?＝?0?r为介质磁导率，描述介质的磁学性质。?0是真空中磁导率，?r是相对磁导率；?为电导率，描述介质的导电特性。注：若介质的光学性质是各向异性的，则?、?和?应当是张量。第二部分光波的特性第3页，共10页，星期日，2025年，2月5日激光的基本原理及特性4、波动方程在各向均匀的介质中，在远离辐射源，不存在自由电荷和传导电流的区域，此时麦克斯韦方程组简化为：??D＝0??B＝0?xE＝－(?B/?t)?xH＝(?D/?t)由此可推导出交变电磁场所满足的典型的波动方程：?2E－(1/?2)(?2E/?t2)=0?2H－(1/?2)(?2H/?t2)=0该式说明了交变电场和磁场是以速度?传播的电磁波动。式中：?＝(??)-1/2光电磁波在真空中的传播速度:?＝(?0?0)-1/2为表征光在介质中传播的快慢，引入光折射率：n=c/?=(?r?r)1/2除铁磁性介质外，大多数介质的磁性都很弱，可以认为?r?1。因此，折射率可以表示为：n=(?r)1/2此式称为麦克斯韦关系。对于一般介质，?r或n都是频率的函数，具体的函数关系取决于介质的结构。第二部分光波的特性第4页，共10页，星期日，2025年，2月5日激光的基本原理及特性5、光电磁波的能流密度为了描述电磁能量的传播，引入能流密度－玻印亭（Poyning）矢量S，它定义为：S＝ExH表示单位时间内，通过垂直于传播方向上的单位面积的能量。对于一种沿Z方向传播的平面光波，光场表示为：