1、 1919世纪世纪6060年代，年代，MaxwellMaxwell提出了经典电磁理论提出了经典电磁理论,他把光学现象和电磁现象联络起来，认为光是一种他把光学现象和电磁现象联络起来，认为光是一种波长很短电磁波，从而产生光电磁理论。波长很短电磁波，从而产生光电磁理论。第第1 1章章 光电磁理论光电磁理论第1页1.1 1.1 光电磁波性质光电磁波性质1.2 1.2 单色平面波和球面波单色平面波和球面波1.3 1.3 光源和光辐射光源和光辐射1.4 1.4 光在介质界面上反射和折射光在介质界面上反射和折射1.5 1.5 全反射和隐失波全反射和隐失波*1.6 1.6 光在金属表面透射和反射光在金属表面透
2、射和反射1.7 1.7 光吸收、色散和散射光吸收、色散和散射1.8 1.8 单色光波叠加和干涉单色光波叠加和干涉1.9 1.9 不同频率光波叠加不同频率光波叠加1.10 1.10 复杂波分解复杂波分解1.11 1.11 本章小结本章小结 第第1 1章章 光电磁理论光电磁理论本章学习内容本章学习内容第2页1.11.1 光电磁光电磁波波性质性质1、电磁场波动性、电磁场波动性a.麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组在没有自由电荷和传导电流各向同性均匀介质中，麦克斯韦方程组微分在没有自由电荷和传导电流各向同性均匀介质中，麦克斯韦方程组微分形式形式（1.1-1）和和 分别表示电场强度和磁感强度分别表示电场强度和
3、磁感强度第3页b.波动微分方程波动微分方程从麦克斯韦方程组及物质方程能够导出从麦克斯韦方程组及物质方程能够导出E、B满足微分方程：满足微分方程：（1.1-2）（1.1-3）（1.1-4）第4页(1.1-2)(1.1-2)和（和（1.1-31.1-3）两式含有普通波动微分方程形式，表）两式含有普通波动微分方程形式，表明明E E和和B B随时间和空间改变是遵照波动规律，电磁场以波动随时间和空间改变是遵照波动规律，电磁场以波动形式在空间传播。形式在空间传播。这一数值与试验测定光在真空中传输速度一致这一数值与试验测定光在真空中传输速度一致，历史上，历史上，麦克斯韦麦克斯韦以此为主要依据，预言光是电磁波
4、。以此为主要依据，预言光是电磁波。(1.1-4)(1.1-4)表明电磁波传输速度与介质电学和磁学性质相关。表明电磁波传输速度与介质电学和磁学性质相关。当电磁波在真空中传输时，其传输速度为当电磁波在真空中传输时，其传输速度为第5页2、电磁波谱、电磁波谱第6页电磁波谱电磁波谱覆盖从射线到无线电波一个相当辽阔频率范围。可见光,即能引发人视觉电磁波，是特定波段电磁波，真空中波长范围约为390780 nm，对应频率范围约为7.69103.8410Hz，在电磁波谱图上占据很窄范围。不一样频率光，颜色不同不一样频率光，颜色不同红红 光光 780620nm 3.91014 4.8 1014Hz 橙橙 光光 6
5、20590nm 4.81014 5.1 1014Hz 黄黄 光光 590560nm 5.11014 5.4 1014Hz 绿绿 光光 560500nm 5.41014 6.0 1014Hz 青青 光光 500480nm 6.01014 6.3 1014Hz 蓝蓝 光光 480450nm 6.31014 6.7 1014Hz 紫紫 光光 450 390nm 6.71014 7.7 1014Hz 第7页电磁波在真空中速度与介质中速度电磁波在真空中速度与介质中速度之之比比称称为介质为介质绝对绝对折射率折射率3、折射率折射率其中，相对介电常数：其中，相对介电常数：相对磁导率：相对磁导率：第8页1.2
6、1.2 单色单色平面波平面波和球面波和球面波假设平面波沿z方向以速度 传输，平面简谐电磁波波动公式为1.1.余弦函数表示余弦函数表示1.2.11.2.1 单色单色平面波平面波表示表示（1.2-1）（1.2-2）沿沿z方向传输方向传输单色单色平面波平面波第9页:分别是电场和磁场振幅矢量，分别是电场和磁场振幅矢量，表示平面波偏振方向和大小表示平面波偏振方向和大小:角频率角频率:光波光波在介质中在介质中波长和传播速度波长和传播速度称为相位，是时间和空间坐标函数，表示平称为相位，是时间和空间坐标函数，表示平面波在不一样时刻空间各点振动状态面波在不一样时刻空间各点振动状态-0)(2jlpvtz某一时刻位
7、相相同空间点轨迹组成光波等相面或波面等相面或波面第10页沿沿z方向传输方向传输单色单色平面波平面波因子 决定电场和磁场随空间和时间改变关系 第11页各物理量之间关系各物理量之间关系（1.2-5）（1.2-4）第12页引入波传输方向上波矢量引入波传输方向上波矢量 ，其大小其大小（称为空（称为空间角频率或波数）为间角频率或波数）为所以，公式（所以，公式（1.2-1）可写成）可写成（1.2-3）（1.2-6）第13页单色光波波动公式最显著特点是它单色光波波动公式最显著特点是它时间周期性和空间周时间周期性和空间周期性期性，它表示单色光波是一个时间无限延续、空间无限，它表示单色光波是一个时间无限延续、空
8、间无限延伸波动，而任何时间周期性和空间周期性破坏，都意延伸波动，而任何时间周期性和空间周期性破坏，都意味着单色光波单色性破坏。味着单色光波单色性破坏。波长称为单色光波空间周期，波长倒数称为空波长称为单色光波空间周期，波长倒数称为空间频率，波数成为空间角频率。间频率，波数成为空间角频率。有限波列有限波列一个非单色光一个非单色光第14页沿任意方向传输单色平面波沿任意方向传输单色平面波普通坐标下平面波普通坐标下平面波第15页复数形式平面简谐电磁波波动公式复数形式平面简谐电磁波波动公式2.2.复指数函数表示复指数函数表示复振幅（1.2-12）（1.2-11）第16页1 1、平面电磁波是矢量横波。平面电
9、磁波是矢量横波。波传输方向与电场方向垂直。波传输方向与电场方向垂直。波传输方向与磁场方向垂直。波传输方向与磁场方向垂直。2 2、波矢、波矢 、电场、电场 、磁场、磁场 相互垂直相互垂直，三者成，三者成 右手螺旋系统右手螺旋系统。3 3、电场、磁场同相、电场、磁场同相1.2.2 单色单色平面电磁波性质平面电磁波性质（1.2-13）（1.2-14）第17页对于光来说，它包含了电矢量和磁矢量，从波传输对于光来说，它包含了电矢量和磁矢量，从波传输来看，电矢量和磁矢量处于同等地位，来看，电矢量和磁矢量处于同等地位，但从光与物但从光与物质作用来看，二者不相同。光波磁场作用远比光波质作用来看，二者不相同。光
10、波磁场作用远比光波电场作用为弱。电场作用为弱。通常把电矢量通常把电矢量 称为光矢量，把称为光矢量，把 振动称为光振振动称为光振动。在讨论光振动性质时，只考虑电矢量即可。动。在讨论光振动性质时，只考虑电矢量即可。第18页1.2.3 单色球面波单色球面波1.发散球面波发散球面波球面光波等相面（波面）为球面等相面（波面）为球面方向沿径向背离球心方向沿径向背离球心S（1.2-15）P点电场表示为0jw+-=tkr位相第19页假设离球心（光源）单位距离处光强为假设离球心（光源）单位距离处光强为 ，P P点处光强点处光强 ，球，球面面积为面面积为能量守恒要求能量守恒要求：其中其中 为为P点振幅点振幅所以：或（1.2-17）（1.2-18）复振幅（1.2-19）第20页2.2.会聚球面波会聚球面波方向指向球心球面波方向指向球心球面波（1.2-18）改写为第21页球面波球面波 平面波平面波在离开波源在离开波源很远距很远距离离r 考查球面波时，若考察波场区域远远考查球面波时，若考察波场区域远远小于距离小于距离r，可忽略球面波振幅随可忽略球面波振幅随r 改变，改变，把球面波视为把球面波视为平面平面波。波。球面波面一部分随距离增大而变为平面球面波面一部分随距离增大而变为平面第22页
