物理光學(xué)簡(jiǎn)明教程梁銓廷第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1光的電磁波性質(zhì)1.2單色平面波和球面波1.3光源和光的輻射1.4光在介質(zhì)界面上的反射和折射1.5全反射和隱失波*1.6光在金屬表面的透射和反射1.7光的吸收、色散和散射1.8單色光波的疊加和干涉1.9不同頻率光波的疊加1.10復(fù)雜波的分解1.11本章小結(jié)

第1章光的電磁理論本章學(xué)習(xí)內(nèi)容第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1光的電磁波性質(zhì)1、電磁場(chǎng)的波動(dòng)性a.麥克斯韋方程組在沒有自由電荷和傳導(dǎo)電流的各向同性均勻介質(zhì)中，麥克斯韋方程組微分形式（1.1-1）和分別表示電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感強(qiáng)度第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月b.波動(dòng)微分方程從麥克斯韋方程組及物質(zhì)方程可以導(dǎo)出E、B滿足的微分方程：（1.1-2）（1.1-3）（1.1-4）第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月(1.1-2)和（1.1-3）兩式具有一般的波動(dòng)微分方程的形式，表明E和B隨時(shí)間和空間的變化是遵循波動(dòng)的規(guī)律的，電磁場(chǎng)以波動(dòng)形式在空間傳播。這一數(shù)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)定的光在真空中的傳播速度一致，歷史上，麥克斯韋以此為重要依據(jù)，預(yù)言光是電磁波。(1.1-4)表明電磁波的傳播速度與介質(zhì)的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)電磁波在真空中傳播時(shí)，其傳播速度為第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電磁波譜第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波譜覆蓋從γ射線到無線電波的一個(gè)相當(dāng)廣闊的頻率范圍。

可見光,即能引起人的視覺的電磁波，是特定波段的電磁波，真空中的波長(zhǎng)范圍約為390～780nm，相應(yīng)的頻率范圍約為7.69×101?～3.84×101?Hz，在電磁波譜圖上占據(jù)很窄的范圍。不同頻率的光，顏色不同紅光780~620nm3.9×1014~4.8×1014Hz

橙光620~590nm4.8×1014~5.1×1014Hz

黃光590~560nm5.1×1014~5.4×1014Hz

綠光560~500nm5.4×1014~6.0×1014Hz

青光500~480nm6.0×1014~6.3×1014Hz

藍(lán)光480~450nm6.3×1014~6.7×1014Hz

紫光450~390nm6.7×1014~7.7×1014Hz

第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波在真空中的速度與介質(zhì)中速度之比稱為介質(zhì)絕對(duì)折射率3、折射率其中，相對(duì)介電常數(shù)：相對(duì)磁導(dǎo)率：第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2單色平面波和球面波假設(shè)平面波沿z方向以速度傳播，平面簡(jiǎn)諧電磁波的波動(dòng)公式為1.余弦函數(shù)表示1.2.1單色平面波的表示（1.2-1）（1.2-2）沿z方向傳播的單色平面波第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月:分別是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振幅矢量，表示平面波的偏振方向和大小:角頻率:光波在介質(zhì)中的波長(zhǎng)和傳播速度稱為相位，是時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)，表示平面波在不同時(shí)刻空間各點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)ú?ùê?é--0)(2jlpvtz某一時(shí)刻位相相同的空間點(diǎn)的軌跡構(gòu)成光波的等相面或波面第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月沿z方向傳播的單色平面波因子決定電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨空間和時(shí)間的變化關(guān)系第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月各物理量之間的關(guān)系（1.2-5）（1.2-4）第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月引入波傳播方向上的波矢量，其大小

（稱為空間角頻率或波數(shù)）為所以，公式（1.2-1）可寫成（1.2-3）（1.2-6）第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月單色光波波動(dòng)公式最顯著的特點(diǎn)是它的時(shí)間周期性和空間周期性，它表示單色光波是一種時(shí)間無限延續(xù)、空間無限延伸的波動(dòng)，而任何時(shí)間周期性和空間周期性的破壞，都意味著單色光波單色性的破壞。

波長(zhǎng)稱為單色光波的空間周期，波長(zhǎng)的倒數(shù)稱為空間頻率，波數(shù)成為空間角頻率。

有限波列——一種非單色光第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月沿任意方向傳播的單色平面波一般坐標(biāo)下的平面波第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)數(shù)形式的平面簡(jiǎn)諧電磁波的波動(dòng)公式2.復(fù)指數(shù)函數(shù)表示復(fù)振幅（1.2-12）（1.2-11）第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1、平面電磁波是矢量橫波。

波的傳播方向與電場(chǎng)方向垂直。波的傳播方向與磁場(chǎng)方向垂直。2、波矢、電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互垂直，三者成右手螺旋系統(tǒng)。3、電場(chǎng)、磁場(chǎng)同相1.2.2單色平面電磁波的性質(zhì)（1.2-13）（1.2-14）第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于光來說，它包含了電矢量和磁矢量，從波的傳播來看，電矢量和磁矢量處于同等的地位，但從光與物質(zhì)的作用來看，兩者不相同。光波磁場(chǎng)的作用遠(yuǎn)比光波電場(chǎng)的作用為弱。通常把電矢量稱為光矢量，把的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。在討論光的振動(dòng)性質(zhì)時(shí)，只考慮電矢量即可。第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3單色球面波1.發(fā)散球面波球面光波等相面（波面）為球面方向沿徑向背離球心S（1.2-15）P點(diǎn)的電場(chǎng)表示為0jw+-=tkr位相第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)離球心（光源）單位距離處的光強(qiáng)為，P點(diǎn)處光強(qiáng)，球面面積為能量守恒要求：其中為P點(diǎn)的振幅因此：或（1.2-17）（1.2-18）復(fù)振幅（1.2-19）第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2.會(huì)聚球面波方向指向球心的球面波（1.2-18）改寫為第21