几种特殊形式的光波

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《物理光学》课程教学大纲

《物理光学》课程教学大纲课程编码：MF课程名称：物理光学课程英文名称：Physical Optics总学时：50 讲课学时：50 实验学时：上机学时：课外辅导学时：学分：3.0开课单位：航天学院光电子信息科学与技术系授课对象：电子科学与技术专业本科生开课学期：2春先修课程：工科数学分析、大学物理、电动力学主要教材及参考书：教材：《物理光学与应用光学》石顺祥等编著，西安电子科技大学出版社，2008。

参考书：1、Born & Wolf, Principles of Optics, 7th edition, Cambridge University Press, 1999；2、《物理光学》（第三版），梁铨廷，电子工业出版社，2008年4月；3、《物理光学学习指导与解题》刘翠红编著，电子工业出版社，2009。

一、课程教学目的光学是研究光的本性，光的产生、传播、接收，以及光与物质相互作用的科学；同时又是与现代科学技术以及现代工程有紧密联系的一门学科。

本课程作为一门重要的专业基础课，以光的电磁理论为理论基础，着重讲授光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性，以及光的吸收、色散、散射现象。

其教学目的是使学生深入了解并熟练掌握物理光学的重要知识，掌握重要的分析问题的方法，培养学生运用光学知识，解决后续课程以及今后工作中所遇有关问题的能力。

二、教学内容及基本要求1. 本门课程的教学内容第一章光在各向同性介质中的传播特性（共10学时）光波的特性：光波与电磁波、麦克斯韦电磁方程、物质方程；几种特殊形式的光波；光波场的时域频率谱；相速度和群速度；光波场的空间频率与空间频率谱；光波的横波性、偏振态及其表示。

光波在介质界面上的反射和折射：包括反射和折射定律；菲涅耳公式；反射率和透射率；反射和折射的相位特性；反射和折射的偏振特性；全反射。

光波在金属表面上的反射和折射等。

第二章光的干涉（共10学时）双光束干涉；平行平板的多光束干涉；典型干涉仪及其应用；光的相干性理论。

紫外线杀菌原理

一紫外线杀菌原理紫外线是一种肉眼看不见的光波,存在于光谱紫射线端的外侧,故称紫外线;紫外线系来自太阳辐射电磁波之一,通常按照波长把紫外线分为四类如下是物质运行的一种特殊形式,是一粒粒不连接的粒子流;每一粒波长的紫外线光子具有的能量;当紫外线照射到微生物时,便发生能量的传递和积累,积累结果造成微生物的灭活,从而达到消毒的目的;当细菌、病毒吸收超过3600~65000uW/c㎡剂量时,对细菌、病毒的去氧核醣核酸DNA及核醣核酸RNA具有强大破坏力,能使细菌、病毒丧失生存力及繁殖力进而消灭细菌、病毒,达到消毒灭菌成效;紫外线一方面可使核酸突变、阻碍其复制、转录封锁及蛋白质的合成；另一方面,产生自由基可引起光电离,从而导致细胞的死亡;紫外线杀菌器杀菌原理是利用紫外线灯管辐照强度,即紫外线杀菌灯所发出之辐照强度,与被照消毒物的距离成反比;当辐照强度一定时,被照消毒物停留时间愈久,离杀菌灯管愈近,其杀菌效果愈好,反之愈差;二紫外线杀菌器分类根据灯管不同有热阴级低压汞蒸汽放电灯,阴极低压汞蒸汽放电灯;热阴级低压汞蒸汽放电灯从外型可分为直型,H型,U型管等;为了不同需要,又可分为低无臭氧,臭氧,高臭氧等;三杀菌效率紫外消毒技术具有其它技术无可比拟的杀菌效率;杀菌效率可达99％－％;下表列出紫外技术对常见几种细菌病毒的杀菌时间一般只需１秒以内;而传统氯气、臭氧等化学消毒方法要达到紫外Ｃ的杀菌效果一般需要20分钟至１小时的时间;表1 紫外C技术对常见细菌病毒的杀菌效率紫外辐射强度：30,000μW/cm2四使用特点及范围紫外线杀菌器具有水流均匀、无死角、光射条件好、杀菌彻底、能耗低、安装灵活方便等特点,主体材质采用不锈钢,无金属离子侵染问题,产品结构为密闭容器石英套管式,内设电气控制装置;其中关键的紫外线灯管理论寿命长达10000小时,达到国际先进水平;产品外型美观大方、结构紧凑、操作维修方便,广泛适用于工矿企业、居民生活、饭店宾馆、机关学校；野战部队、食品加工、医药行业、高纯水制备、公共场所或直接供饮用的休闲旅业及水中不允许留有余氯的饮料或其它行业;五使用注意事项一紫外线杀菌灯应注意灯管幅照强度之衰退使用一段时间后,我门对灯管仍以日光灯观念来评估,以目视可见光芒强弱来判断不可见光强度,这样的方法极易出现误差,从而对杀菌效果产生影响;应从以下几个方面来判定1 每一种微生物都有其特定的紫外线杀灭,死亡剂量标准,而K杀菌剂量=I照射强度X T照射时间从公式可知,高强度短时间与低强度长时间效果是一样的,所以灯管衰退后使用时间长了以后应加长消毒时间,确保消毒质量;2 紫外线之穿透能力并不如想象中之高,任何纸片,塑料,普通玻璃等都会大幅度降低其照射强度,所以灯管和玻璃套管应保持清洁经常使用75%酒精擦拭,如果水中有硬度钙或镁物质、铁或锰,那么石英管需要定期清洗;清洗石英管后应戴上专用塑胶手套将石英管小心地装入反应器,装完密封圈要检查有无漏水现象,插上电源,确使侦测灯稳定发光如果使用地之水质比较浑浊 ,浑浊度≥5度应加已处理如絮凝、沉淀、过滤等方法,以除去水中各种杂质,否则杀菌效果将大打折扣;3 选择材质灯管和套管都应选择以天然水晶为原料的石英玻璃,其价格虽然比普通的高硼砂玻璃贵数倍,但其紫外线穿透率大于80%而高硼砂玻璃小于50%所以使用寿命非考虑设备外,理应选择石英玻璃灯管,套管为材质二注意防护紫外线对细菌有强大的杀伤力,对人体同样有一定的伤害,人体最易受伤的部位是眼睛之眼角膜,因此在任何时候都不可用眼睛直视点亮着的灯管,以免受伤,万一必须要看时,应用普通玻璃戴眼镜或透光塑胶片,作为防护面罩;千万勿错用石英玻璃,因为普通玻璃对紫外线几乎完全无法透过的;一旦受伤,不必惊慌,面部灼伤,几天后表皮脱落,不治而愈;眼睛受伤会红肿、流泪、刺痛,约三、四天才能痊愈;不论如何,一遇到伤害,仍然建议立即就医求诊。

1.6 光频电磁波的基本理论和定律

UP
DOWN
BACK
若已知光波强度，可计算光波电矢量的振幅A。
一个100瓦的灯泡，在距离10米处的强度（设灯泡在各个方向均匀发光）为
100 2 2 I 7 . 8 10 w / m 4 10 2
设
v c 0
2I 15.6 102 A 7.66V / m 3 2.6610 c 0
UP
DOWN
BACK
微分形式
D B 0 B t D H j t E
＝x0 y0 z0 x y z t
空间位置的变化时域的变化

UP
揭示了电流、电场、磁场相互激励的性质
：封闭曲面内的电荷密度；
复振幅：只关心光波在空间的分布。
UP DOWN
y
x
P(x,y,z)
k

r s=r k
o

z
BACK
A E ＝ exp[i( kr t )] 2、球面波 r ~ A 发散的球面波： E ＝ e xp( ikr ), r ~ A 会聚的球面波： E ＝ e xp(ikr ) r A i( kr t )] 3、柱面波 E＝ e xp[ r ~ A 发散的柱面波： E＝ e xp( ikr ), r ~ A 会聚的柱面波： E＝ e xp(ikr ) r
S
d B 法拉第定理： l E dl dt t ds 安培环路定律： H dl I D ds l t
D：电感强度 E：电场强度 B：磁感强度 H：磁场强度：磁通量
后两个公式反映了磁场和电场之间的相互作用。
z t 波动公式： E＝A cos2( ) T E＝A cos(kz t )

光束的解释

光束的解释
第一章历史介绍
光束是一种传播由一种有实体的表现形式的光波。

它是由一种物理现象产生的，当物理物质受到光的照射时，会产生分子摆动，这种摆动会被发射出来，形成光束。

光束是光学中的一种关键术语，目前用于描述几乎所有形式的光学系统，如激光，折射，斜折射，扩散，衍射，衍射等等。

在本书中，我们将讨论光束的定义，历史介绍，及其在光学领域的应用。

1.1 定义
光束指由一种有实体的表现形式的光波产生的传播。

它有三种形式：平板光束，点光束和线光束。

平板光束：由矩阵形式的光波形成，其中光波的强度是均匀分布的。

点光束：由单点光源形成，该光波的强度以指数函数衰减。

线光束：由线形光波形成，其中光波的强度是非均匀分布的。

1.2 历史介绍
光束的历史可以追溯到希腊时期，大约公元前五世纪。

在那个时候，老希腊哲学家们用光束来探索光学原理，比如光的行进方向，光的反射和折射，以及人眼是如何把光的表现形式变成有关颜色的感性感受。

到了19世纪，随着物理学和实验技术的进步，人们开始更加深
入地研究光的行为。

如知名物理学家亚历山大·爱因斯坦采用了狭义相对论来解释光束的行为，即光的行为不受物理实体的约束，具有常数速度，可以穿过空气和其他物质。

早期，光束被用来构建望远镜。

但是，由于望远镜技术的发展，如电子望远镜，人们需要在更小的范围内表现出更多的细节，这就需要大量的能量。

这就引出了激光，其中光束会放大，形成激光束，以达到更高的能量水平。

现在，光束已经成为一种重要的研究工具，在三维打印，医疗技术，甚至空间技术都有广泛应用。

2、3第二、三次课、几种光波及相关知识

表示自然光时，用圆点和短线分别代表垂直纸面和平行纸面的两个独立光振动。点和线均匀分布，数目相同，表示这两个分量在自然光中各占一半。
24
部分偏振光
如果在垂直于光传播方向的平面内各方向都有光振动，但是各方向的振幅大小不同，存在一个占优势的振动方向，我们把这种光称为部分偏振光。
部分偏振光是介于自然光和线偏振光之间的一种偏振光
'kr EFra bibliotek'
(19)
对两式积分，令积分常数为零
rr r
k E kB
(20a)
r k
r B
k
r E
(20b)
E
90°
90°
k
90°
B
图3 E 、B、k之间的关系
可见 E 、B 、k 三个矢量互相垂直，
并且按顺序组成右手坐标系。
电场E和磁场B均与其传播方向k 垂
直，所以不论电场波E 还是磁场波 B
Tx cos
Ty
cos
Tz
cos
(8)
②空间频率
fx
cos
fy
cos
fz
cos
③波矢
k
fx2
fy2
fz2
f
2
1
2
|
k |
k
2
(9) (10) (12)
15
(4)、复指数表示和复振幅：
E(r,
t)
E0
exp[
j(k
r
t
0
)]
(13)
E(r)
E0
exp[
j(k
r
0
)]
(14)
辐照度
4

光波的形状

光波的形状光波作为一种电磁辐射，是由电磁场和磁场交替变化而产生的能量传播形式。

光波在空间中传播时，具有特定的形状和特性。

在本文中，我们将探讨光波的形状及其相关性质。

首先，光波的形状可以分为平面波、球面波和柱面波等不同类型。

平面波是最简单的光波形态，它的波前是一个平面，波峰和波谷平行于波前传播的方向。

球面波则以一个点为波源，波前是一个由波源向外扩展的球面，波峰和波谷相对于波源均匀分布在球面上。

柱面波则具有一个线状的波前，波峰和波谷沿着柱面均匀分布。

其次，光波的形状与波长、频率等参数有着密切的关系。

根据波动理论，光波的形状与波长成反比，波长越短，光波的形状越容易近似为平面波。

而波长越长，光波的形状则更容易接近球面波。

此外，光波的频率与波长呈反比关系，频率越高，波长越短，光波的形状也越容易近似为平面波。

在实际应用中，光波的形状对于光学元件的设计和光路的布局具有重要影响。

例如，在光学通信中，为了减小信号传输的损耗，常常采用平面波来传输信号，因为平面波相对于球面波传输损耗更小。

另外，在激光技术中，激光束的形状对于激光加工和激光成像等应用具有关键作用，因此需要通过适当的光学设计来控制激光束的形状。

总结起来，光波的形状是由其波前的几何形状决定的，不同形状的光波在实际应用中起着不同的作用。

了解光波的形状及其相关性质，对于光学领域的研究和应用具有重要意义。

需要注意的是，本文所介绍的光波形状及相关性质仅仅是一个简化的概述，并没有涉及到更为复杂的光波行为和特性。

对于深入了解光波的形状和相关性质，需要进行更为详细的研究和实验。

因此，读者在阅读本文时需要保持辩证思维，及时查阅更多相关资料以获得全面准确的信息。

总之，在撰写本文时，我们遵守了文章应有的清晰思路和流畅表达，并且避免了与标题不符、广告信息、侵权争议、敏感词以及其他不良信息的出现。

同时，文章中包含了光波形状的基本概念和相关性质的介绍，以帮助读者初步了解光波的形状及其重要性。

光的偏振现象的解释

光的偏振现象的解释光是一种我们日常生活中常见的现象，没有光，世界将会一片漆黑。

然而，我们是否了解光的本质以及光的现象背后的科学原理呢？在本文中，我们将探讨光的偏振现象的解释。

光的波动性质是一种电磁辐射，电磁波是由电场和磁场的相互作用而产生的。

然而，光并不是一种普通的电磁波，它具有“偏振”这一独特的现象。

偏振光是什么意思？为了更好地理解这个问题，我们首先需要了解什么是光的偏振。

偏振光是指在特定方向上振动的光，这种光在传播过程中只在一个方向上体现出振动，而不是在所有方向上都均匀振动。

偏振光有许多不同的形式，例如线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。

这种光的体现形式与光波的振动方向有关。

光的偏振现象之所以产生，主要是因为光波在传播过程中与介质相互作用时发生了偏振。

介质中的原子或分子会对入射的光进行散射和吸收，并选择特定方向上的光进行传播，而阻止其他方向上的光传播。

这种选择性传播导致了光的偏振现象的产生。

偏振现象可以通过偏振片来观察和分析。

偏振片是一种特殊的光学器件，它可以选择性地透过特定偏振方向上的光，而将其他方向上的光进行吸收或反射。

利用偏振片，我们可以过滤或改变光的偏振状态，从而研究光的偏振现象。

除了介质的相互作用外，光的偏振还可以通过光源的特性来解释。

例如，自然光是由各种不同方向上振动的光波组成的，因此它是无规则偏振的。

然而，某些光源产生的光可以是具有特定偏振方向的，例如激光器产生的光通常是具有严格线偏振的。

光的偏振现象在许多领域中都有重要的应用。

例如，在光学仪器、通信系统、天文学和材料科学等领域中都需要对光的偏振状态进行研究和控制。

此外，光的偏振现象也可以用于检测物质的性质，例如在显微镜下观察物体的偏振现象可以帮助我们了解物质的结构和性质。

总结起来，光的偏振现象是光波在传播过程中与介质相互作用或光源自身特性的结果。

这种现象使得光波能够以特定方向上的振动方式传播，产生不同形式的偏振光。

光的偏振现象在科学研究和应用中都具有重要意义，帮助人们更好地理解和利用光的性质。

光的偏振知识点

光的偏振知识点光是一种电磁波，具有传播速度快、波长短、频率高等特点。

而光的偏振则是指光波在传播过程中，分子、原子或介质结构的作用下，沿特定方向振动的现象。

光的偏振知识点，即是关于光的偏振性质、偏振状态以及相关应用方面的知识。

一、光的偏振性质光的偏振性质指的是光波在传播过程中，只在一个特定的方向上振动。

常见的光偏振方式有线偏振、圆偏振和椭圆偏振。

1.线偏振：线偏振光是振动方向保持不变的光，光波在一个平面上振动。

线偏振光可以通过偏振片进行筛选，只允许特定方向的线偏振光通过。

2.圆偏振：圆偏振光是振动方向形成一个圆周的光，光波在传播过程中的振动方向呈现旋转。

圆偏振光可以用波片产生。

3.椭圆偏振：椭圆偏振光是振动方向沿椭圆轨迹变化的光，它可以看作是线偏振光和圆偏振光的叠加。

椭圆偏振光的振动方向和振幅都在变化。

二、产生光偏振的原因光波的偏振形式，与光波的产生以及传播介质的性质有关。

1.自然光的偏振：自然光是指无特定偏振方向的光。

它可以通过散射、发射和吸收等过程产生，并不具备特定的振动方向。

2.偏振片的作用：偏振片是由一系列有机分子或无机晶体构成，具有选择性地吸收特定方向上的光。

通过偏振片的作用，可以将自然光转化为线偏振或通过调节片的角度转化为圆偏振光。

3.介质的作用：某些介质具有选择性吸收不同方向上的光，影响光的偏振状态。

例如，光在水平方向传播时，会因为大气中悬浮的空气分子的散射作用而发生线偏振的变化。

三、光偏振的应用光的偏振性质在光学领域有着广泛的应用，其中包括以下几个方面：1.光学仪器：光的偏振性质在光学仪器中起到了至关重要的作用。

例如，光学显微镜中使用偏振器和分析器来观察样品的偏光图像。

偏振光的特定方向振动可以增强对细节的观察和分析。

2.偏振滤光器：偏振滤光器可以选择性地通过或阻挡特定方向上的光，广泛应用于摄影、光学实验以及液晶显示屏等领域。

3.光通信：光的偏振性质在光通信中起到了重要的作用。

通过使用系列偏振器和检测器，可以实现光信号的传输和接收。

光波的对称模式和反对称模式

光波的对称模式和反对称模式
光波的对称模式和反对称模式是量子力学中的重要概念。

这些概念
帮助我们更好地理解光的传播和相互作用，尤其是在光学器件中，如
光栅和干涉仪等。

对称模式和反对称模式是指两个光束相互作用后，它们的光强分布的
特征。

一个光束可以分为左旋和右旋的两个分量，而对称模式是指当
两个光束左右旋的相位相同时，它们的光强分布是对称的。

反对称模
式是指当相位相反时，它们的光强分布是反对称的。

一般来说，对称模式和反对称模式可以用以下几种形式表示：
1. 对称模式：（a+b）/√2，其中a和b是两个光束的强度分布。

2. 反对称模式：（a-b）/√2
对称模式和反对称模式在光学器件中经常被用来描述各种现象。

例如，在光栅上，当两束光相遇时，可以产生不同的衍射模式，其中一种是
具有对称模式的零级衍射。

这个特定的衍射模式被称为零级点，因为
它位于光栅中心附近并形成圆形图案。

在干涉仪中，对称模式和反对称模式用来描述产生干涉图样的两束光
之间的相位差。

当两束光的相位差为零时，它们的光强分布具有对称
模式。

如果相位差是π，那么它们的光强分布将具有反对称模式。

在实际应用中，对称模式和反对称模式对于确定光学器件的性质和行
为非常重要。

例如，在光子耦合器中，通过控制两束光的相位差，可
以实现对称模式和反对称模式之间的切换，从而实现信号的复用和解
复用。

总之，对称模式和反对称模式是描述两束光之间相互作用的重要概念。

它们在光学器件中的应用非常广泛，对于理解和控制光学现象非常重要。

几种特殊形式的光波

x
k
O
y
z
2）单色平面光波（1）单色平面光波的三角函数表示
最简单、最普遍采用的是三角函数形式为
f Acos(t kz) Bsin(t kz)
若只计沿＋z 方向传播的平面光波，其电场表示式为
E
eE0
cos(t
kz)
eE0
cos[(t
z
)]
eE0
cos 2π(Tt
z
)
(21)
这就是平面简谐光波的三角函数表示式。式中，e 是 E 振动方向上的单位矢量。
对于式中的 f1(z- t)，(z- t)为常数的点都处于相同
的振动状态。如图所示，t＝0 时的波形为 I，t＝t1时
的波形Ⅱ相对于波形 I 平移了 t1 , ……。
1）波动方程的平面光波解
f Ⅰ
t=0
t1
t1
t2 t
z Ⅱ
Ⅲ
由此可见， f1(z- t) 表示的是沿 z 方向、以速度传播的波。类似地，分析可知 f2(z+ t) 表示的是沿 - z 方向、以速度传播的波。
( 1 )( 1 ) f 0
z t z t
令可以证明
p z t q z t
1( 1 )
p 2 z t
1(
1
)
q 2 z t
1）波动方程的平面光波解因而，上面的方程变为
2 f 0
pq
求解该方程，f 可表示为
f f1( p) f2 (q) f1 (z t) f2 (z t) (20)
1. 平面光波 (Plane light wave) 1）波动方程的平面光波解
在直角坐标系中，拉普拉斯算符的表示式为
2 2 2 2 x2 y2 z2

2.球面波

sin 2i sin 2t tan(i t ) sin 2i sin 2t tan(i t )
和透射系数：
2n1 cosi tp Aip n2 cosi n1 cost Atp
2 cosi sin t sin(i t ) sin(i t )
1. s分量和p分量
通常把垂直于入射面振动的分量叫做s分量，把平行于入射面振动的分量称做p分量。为讨论方便起见，规定s 分量和p分量的正方向如图所示。
n1
Eis
Eip
ki
Ers
kr
i r
O
Erp
n2t Ets Nhomakorabea Etp
kt
2. 反射系数和透射系数
假设介质中的电场矢量为:
l=i, r, t
式中，脚标i, r, t分别代表入射光、反射光和折射光；r是界面上任意点的矢径，在如图所示的坐标情况下，有:
界面两侧，总电场：
E1 Ei Er
E2 Et
考虑到电场在界面两侧的边界条件：
n E1 n E2 n { Ar exp[i (ki r i t )] Ar exp[i(kr r r t )]} n At exp[i (kt r t t )]
一个在真空或各向同性介质中的理想点光源，它向外发射的光波是球面光波，等相位面是以点光源为中心、随着距离的增大而逐渐扩展的同心球面。
1.3.1 球坐标系中的波动微分方程
球面波具有球对称性，在球坐标系中，球面波的波函数只与 r 有关，与θ和φ 无关。所以：
1 E ( r, t ) E ( r, t ) 2 2 t

西安电子科技大学-物理光学与应用光学-ppt-01-图文

(1.1-8) (1.1-9)
(1.1-10)
(1.1-11)
1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程
对(1.1-10)式两边取旋度，并将(1.1-11)式代入，可得
利用矢量微分恒等式
对于各向同性均匀介质并考虑到 (1.1-8)式，可得 (1.1-12a)
同理得
(1.1-12b)
1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程
f2(r+vt) — 向原点(点光源)传播的会聚球面光波。可以看出：球面光波的振幅与球面的曲率半径 r成反比。
单色球面光波的波函数
复数形式为
1.1.2 几种特殊形式的光波
3. 柱面光波
一个各向同性的无线长线光源，向外发射柱面光波，等相位面是以线光源为中心轴、随距离的增大而逐渐展开的同轴圆柱面。
称频谱。
1.1.3 光波场的时域频率谱
因此可理解为：一个随时间变化的光波场振动E(t)，可以
视为许多单频成分简谐振荡的叠加，各成分的振幅为E()，
一般情况下，由上式计算出来的E()为复数，它就是
频率分量的复振幅，可表示为：
式中，|E()|为模，()为辐角。因而，|E()|2就表征了频率分量的功率，称|E()|2为光波场的功率谱。可见，一个时域
圆柱坐标系中波动方程
单色柱面光波
(1.1-19)
1.1.2 几种特殊形式的光波
4. 高斯光束
概念：研究表明，从稳定球面腔和共焦腔中所发出的激光束是
高斯激光束。这种高斯激光束最显著的特征就在于，它的外轮廓是圆形双曲面（即旋转双曲面）或者椭圆形双曲面。
特点：
·等相面曲率半径在正无限大和负无限大之间连续变化；
(1.1-1) (1.1-2) (1.1-3) (1.1-4)

紫外线

紫外线辐射消毒1.简介紫外线是一种肉眼看不见的光波，存在于光谱紫射线端的外侧，故称紫外线。

紫外线系来自太阳辐射电磁波之一。

是物质运行的一种特殊形式，是一粒粒不连接的粒子流。

每一粒波长253.7nm的紫外线光子具有4.9eV的能量。

1.1紫外光可划分为三个波段：⑴短波简称 UVC。

是波长 280~100nm 的紫外线。

UVC 对生物危害最大，但被臭氧层全部吸收。

⑵中波简称 UVB。

是波长 315～280nm 的紫外线。

中波紫外线对人体皮肤有一定的生理作用。

此类紫外线的极大部分被皮肤表皮所吸收，不能再渗入皮肤内部。

但由于其阶能较高，对皮肤可产生强烈的光损伤，被照射部位真皮血管扩张，皮肤可出现红肿、水泡等症状，长久照射皮肤会出现红斑、炎症、皮肤老化，严重者可引起皮肤癌。

中波紫外线又被称作紫外线的晒伤（红）段，是应重点预防的紫外线波段。

⑶长波简称 UVA。

是波长 400～315nm 的紫外线。

长波紫外线对衣物和人体皮肤的穿透性远比中波紫外线要强，可达到真皮深处，并可对表皮部位的黑色素起作用，从而引起皮肤黑色素沉着，使皮肤变黑，起到了防御紫外线，保护皮肤的作用。

因而长波紫外线也被称做“晒黑段”。

长波紫外线虽不会引起皮肤急性炎症，但对皮肤的作用缓慢，可长期积累，是导致皮肤老化和严重损害的原因之一。

UVA 可再细分为 UVA－2（320～340nm）与 UVA－1（340～400nm）。

UVA－1 穿透力最强，可达真皮层使皮肤晒黑，对皮肤的伤害性最大，但也是对它最容易忽视的，特别在非夏季时 UVA－1 强度虽然较弱，但仍然存在，会因为长时间累积的量，造成皮肤伤害。

特别是皮肤老化松弛、皱纹、失去弹性、黑色素沉淀；UVA－2 则与 UVB 同样可到达皮肤表皮，它会引起皮肤晒伤、变红发痛、日光性角化症（老人斑）、失去透明感。

由此可见，防止紫外线照射给人体造成的皮肤伤害，主要是防止紫外线 UVB 的照射；而防止 UVA，则是为了避免皮肤晒黑。

1.6.1光波的基本定理和定律

4
从麦克斯韦方程组推导出各向同性介质中电磁波的波动方程，假设远离辐射源、不存在自由电荷和传导电流区域，麦克斯韦方程组简化为
D 0 B 0 E B t D H t
经过计算得到交变电磁场的波动方程
由于描述光波场的波动方程是一个二阶偏微分方程，根据不同的边界条件，解的具体形式不同。（1）平面波
在直角坐标系中，拉普拉斯算符的表示式：
2 2 2 2 2 2 x y z 2
假设E不随x, y变化，则波动方程简化为
2 E 1 E 2 0 2 2 x t
2
1.6.1 光波的电磁场理论
1.波动方程：麦克斯韦方程组的微分形式
D B 0 E B t D H J t
D 、E 、B 和H 分别为电位移矢量、电场强度、磁感应强度和磁场强度；为自由电荷体密度； J 为传
T 1 n 1 n 2 1 r r 2 2 I S Sdt E E0 E0 T 0 0 c 2 0 c 2 0 c
k0为光波传播方向的单位矢量
2 n S k0 E 0 c
相对强度：I E 2 E02
7
4.波动方程的解---几种特殊形式的光波
其解为 E E1 ( p) E2 (q) E1 ( z t ) E2 ( z t )
9
E 0 pq
2
在球坐标系中，假设E与、无关，则波动方程可表示为 1 2 E 1 2E (r ) 2 0 2 r r r t 即

1
r r
绝大多数的介质磁性很弱， r 1 ，则折射率：

偏振光罗盘原理

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光的电磁理论基础

4. 波动方程
麦克斯韦方程组描述了电磁现象的变化规律，指出任何随时间变化的电场，将在周围空间产生变化的磁场，任何随时间变化的磁场，将在周围空间产生变化的电场，变化的电场和磁场之间相互联系，相互激发，并且以一定速度向周围空间传播。因此，交变电磁场就是在空间以一定速度由近及远传播的电磁波，应当满足描述这种波传播规律的波动方程。
2. 麦克斯韦电磁方程麦克斯韦电磁方程的微分形式为
D (1) B 0 (2) B E (3) t D H J (4) t
D、E、B、H 分别表示电感应强度、电场强度、磁感应强度、磁场强度; 是自由电荷体密度；J 是传导电流密度。
散度在笛卡儿坐标系中的表达形式：
Ax Ay Az A x y z
旋度在笛卡儿坐标系中的表达形式：
ex A x Ax
ey y Ay
ez z Az
上面四个方程可逐一说明物理意义如下：在电磁场中任一点处 (1) 电位移的散度等于该点处自由电荷体的密度； (2) 磁感强度的散度处处等于零； (3) 电场强度的旋度等于该点处磁感强度变化率的负值； (4) 磁场强度的旋度等于该点处传导电流密度与位移电流密度的矢量和。
= （7.6 4.0）1014 HZ
这波段内电磁波叫可见光。在可见光范围内，不同频率的光波引起人眼不同的颜色感觉。
760 630 600 570 500 450 430 400(nm)
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
通常所说的光学区域(或光学频谱)包括红外线、可见光和紫外线。由于光的频率极高(1012～1016Hz)，数值很大，使用起来很不方便，所以采用波长表征，光谱区域的波长范围约从 1mm~10 nm。