光學(xué)工程課件1第一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

第一節(jié)光的電磁性質(zhì)高斯定理：一、麥克斯韋方程組1、靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)的基本規(guī)律閉合曲面上的積分閉合回路上的積分積分閉合曲面內(nèi)包含的總電量積分閉合回路包圍的傳導(dǎo)電流安培環(huán)路定律磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)靜電場(chǎng)是無(wú)旋場(chǎng)2第二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日2、麥克斯韋方程組的積分形式（交變場(chǎng)）高斯定理：法拉第定理：（渦旋定理）后兩個(gè)公式反映了磁場(chǎng)和電場(chǎng)之間的相互作用。D：電感強(qiáng)度B：磁感強(qiáng)度E：電場(chǎng)強(qiáng)度H：磁場(chǎng)強(qiáng)度：磁通量變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生渦旋磁場(chǎng)位移電流－電場(chǎng)的變化傳導(dǎo)電流－電荷的流動(dòng)3第三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日3、麥克斯韋方程組的微分形式（交變場(chǎng)）微分形式：（10－1）（10－2）（10－3）（10－4）揭示了電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互激勵(lì)的性質(zhì)4第四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日麥克斯韋方程揭示了電場(chǎng)、磁場(chǎng)的性質(zhì)及電、磁場(chǎng)之間的聯(lián)系。方程①：電場(chǎng)的高斯定律：電場(chǎng)可以是有源場(chǎng)；電力線必須從正電荷出發(fā)終止于負(fù)電荷。方程②：磁通連續(xù)定律：磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)；通過(guò)閉合面的磁通量等于零，磁力線是閉合的。方程③：法拉第電磁感應(yīng)定律：變化磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)（渦旋場(chǎng)），其電力線是閉合的。方程④：安培全電流定律：傳導(dǎo)電流和位移電流都對(duì)磁場(chǎng)的產(chǎn)生有貢獻(xiàn)。總結(jié)：5第五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日二、物質(zhì)方程（描述物質(zhì)在場(chǎng)作用下特性的方程）歐姆定律：電導(dǎo)率介電常數(shù)磁導(dǎo)率電磁場(chǎng)所在物質(zhì)的性質(zhì)基本物理量麥克斯韋方程組物質(zhì)方程描述時(shí)變場(chǎng)情況下電磁場(chǎng)普遍規(guī)律6第六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日三、電磁場(chǎng)的波動(dòng)性（一）、電磁場(chǎng)的傳播隨時(shí)間變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生一個(gè)渦旋磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生一個(gè)渦旋電場(chǎng)互相激發(fā)，交替產(chǎn)生，在空間形成統(tǒng)一的場(chǎng)—電磁場(chǎng)交變電磁場(chǎng)在空間以一定的速度由近及遠(yuǎn)地傳播—電磁波7第七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日點(diǎn)積為零，叉積與時(shí)間偏導(dǎo)成正比(10-13)(10-14)（二）、電磁場(chǎng)波動(dòng)方程8第八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日（三）、電磁波真空中傳播速度表明電場(chǎng)和磁場(chǎng)是以波動(dòng)形式進(jìn)行的9第九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日電磁波譜短高無(wú)線電電視微波紅外紫外X射線g射線1043′10-41081012101610203′1003′10-43′10-83′10-12頻率(Hz)波長(zhǎng)(m)10第十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日四、平面電磁波及其性質(zhì)（一）波動(dòng)方程的平面波解1、方程求解：平面電磁波是在與傳播方向正交的平面上各點(diǎn)電場(chǎng)或磁場(chǎng)具有相同值的波應(yīng)用數(shù)理方法中行波法求解方程得令和11第十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日這是行波的表示式，表示源點(diǎn)的振動(dòng)經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間推遲才傳播到場(chǎng)點(diǎn)。取正向傳播：2、解的意義：12第十二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日（二）平面簡(jiǎn)諧電磁波的波動(dòng)公式位相是時(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)。等相面或波面某一時(shí)刻位相為常數(shù)的位置的軌跡波矢量k平面波的等相面是平面等相面法線方向，波能量的傳播方向（各向同性介質(zhì)），大小—波數(shù)等于13第十三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日固定某一時(shí)刻

，看波在空間的分布：

固定空間某點(diǎn)

，隨時(shí)間周期振動(dòng)：

傳播速度波長(zhǎng)時(shí)間頻率14第十四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日波動(dòng)公式：（10－25）（10－26）上式是一個(gè)具有單一頻率、在時(shí)間和空間上無(wú)限延伸的波。15第十五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日沿空間任一方向k傳播的平面波復(fù)振幅：只關(guān)心光波在空間的分布。16第十六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日（三）平面電磁波的性質(zhì)1、橫波特性：電矢量和磁矢量的方向均垂直波的傳播方向。2、E、B、k互成右手螺旋系。3、E和B同相17第十七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日五、球面波和柱面波1、球面波

公式的推導(dǎo)公式的意義球面波的等相面是r＝常量的球面18第十八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日2、柱面波公式的推導(dǎo)公式的意義柱面波的等相面是r＝常量的柱面19第十九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日六、光波的輻射（一）電偶極子輻射（二）輻射能輻射強(qiáng)度矢量或坡印亭矢量電磁波的傳播過(guò)程伴隨著能量在空間的傳遞用于描述電磁能量的傳播S方向表示能量流動(dòng)的方向其大小表示單位時(shí)間垂直通過(guò)單位面積的能量S與E和B互相垂直，組成右手螺旋系光強(qiáng)度20第二十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日（三）實(shí)際光波實(shí)際光波的波列形式存在非單一頻率的簡(jiǎn)諧波由一段段有限長(zhǎng)波列組成波列長(zhǎng)度取決于原子兩次碰撞的時(shí)間間隔10-9s實(shí)際光波無(wú)偏振性波列的振動(dòng)方向和相位的無(wú)規(guī)則性，光源由無(wú)數(shù)獨(dú)立原子組成觀測(cè)者在一個(gè)較長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間T(T>>

波列存在時(shí)間)內(nèi)接收這類光的組合時(shí),各個(gè)波列的振動(dòng)方向和相位被完全平均成為均勻包含任何方位振動(dòng)的光——自然光，這就是實(shí)際光源發(fā)出的光波

21第二十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日本課內(nèi)容回顧1、麥克