第1章光在各向同性介质中的传播特性.

光通过各向同性介质及其界面所发生的现象课件

全反射
当光从折射率较小的介质射入折射率较大的介质时，若入射角大于临界角，光会发生全反射现象。
光的散射与吸收
光的散射
吸收光谱
光在各向同性介质中传播时，由于微小颗粒或分子的存在，使得光线方向发生改变，形成散射现象。
不同物质对光的吸收具有选择性，通过分析物质对不同波长光的吸收情况，可以得到该物质的吸收光谱。
当光遇到障碍物或通过小孔时，光波会绕过障碍物或小孔边缘，产生衍射现象，形成明暗相间的衍射条纹。
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光的速度
光在各向同性介质中的传播速度与介质折射率有关，折射率越大，光速越小。
光的偏振
在各向同性介质中，自然光经过反射、折射后仍为自然光，不发生偏振现象。
光的折射与反射
折射定律
当光从一种介质进入另一种介质时，入射角与折射角遵循斯涅尔
定律。
反射定律
光在各向同性介质的界面上发生反射时，反射光线与入射光线、法线在同一平面上，且反射角等于入射角。
全反射
当光从一个折射率较小的介质射入折射率较大的介质时，如果入射角大于临界角，光将被完全反射回原介质，不进入折射率较大的介质。
临界角
当光射到界面时，入射角等于临界角的光线会发生全反射。
光的干涉与衍射现象
光的干涉
当两束或多束相干光波相遇时，它们会相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹。
光的衍射
光的全反射
01
当光从一个折射率较小的介质射入折射率较大的介质时，如果入射角大于临界角，光将会被完全反射回原介质，不进入新介质。
02
全反射现象在光学、光纤通信等领域有广泛应用，如光纤通信就是利用光的全反射原理传递信息的。

《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。

光在两种介质界面上传播特性分析

第一章引言1.1课题的目的和意义光入射到不同介质的表面时会发生反射与折射，反射与折射时振动相位的变化；入射光与折射光的振幅与光强的关系；倏逝波和全反射时的能量流动情况；以及界面反射与折射对光的偏振态的影响；还有光在正负折射率介质上的传播情况。

该课题的要求是分别对以上几个方面的问题进行探讨，并得出结论。

1.2目前的状况及前景首先从问题的本身来说，光在两种介质界面上传播机理，是光学里非常普遍的现象。

随着光学的反展，使得它由古典几何光学问题，发展成为现代光学问题。

由以往的以几何光学理论进行研究，发展到现在的以电磁波的理论去研究。

因研究方法的改变，研究的层次也在改变，由以往的简单的光路问题，延展到振幅与光强问题、振动相位问题、偏振态问题以及在新材料上的应用（出现了负折射率的材料）。

受传统教材的限制，这些问题常常没有得到全面的研究。

1.3课题研究的内容为了更好的学习和研究两种介质表面上光的传播特性。

总的来说，本文分别在五个大的部分进行深入的探讨：第一部分：利用费马原理从光程的角度来阐述光的传播规律，使得其更简明更具有普遍意义。

费马原理指出光线从A点到B点，是沿着光程为极值的路径传播的。

第二部分：利用菲涅耳公式对反射、折射时的振动相位变化关系进行了探讨，从菲涅耳公式出发，分两种情况进行了讨论。

第一种情况：光由光疏介质入射到光密介质时光振动矢量的相位变化；第二种情况：光由光密介质入射到光疏介质时光振动矢量的相位关系。

第三部分：对入射光与折射光的振幅、光强进行了分析。

利用菲涅耳公式和电磁场能量、能流理论，分析光在两种同性介质分界面上的入射、反射和折射时的现象，并得出了两个结论：（1）在一定条件下，折射光的振幅可大于入射光的振幅；（2）在一定条件下，折射光的光强可以大于入射光的光强。

第四部分：探讨全反射时出现的倏逝波，并应用Maxwell的电磁理论，对光的全反射现象进行了推导，并得到与全反射密切相关的倏逝波，并对倏逝波进行了详细的讨论。

光波在各向同性介质界面反射和折射

于4.3%；
在θ1＞450时，随θ1的增大，Rn较快地变大；
(ii)光密到光疏。在入射角大于临界角范围内，将发生全反射；
(iiPi)r特=1殊，情故况，，反当射θ光1=为θB完时全，偏由振于光R。p=0，
举例
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第1章光的特性
光由空气以布儒斯特角射向玻璃
由布反儒射斯率特公角式为及折射定B律可a得rcRts=ann112n5%5，6因4此0'，反射光强
对于θ1非零、小角度入射时，都将近似产生π相位突变，或半波损失。
② n1>n2，光密到光疏。
5/20/2021
第1章光的特性
② n1>n2，光密到光疏
先考察θ1=00的正入射情况。
由图1-24(b)，有
rs 0,rp 0
考虑P30 T1-23，有关光场振动正方向的规定，则
有
可见：在入射点处，合成的反射光矢量Er相对入射光场Ei 同向，相位相同，反射光没有半波损失。
薄膜两侧介质相同时，上下表面的反射光场除了有光程差的贡献外，还有的附加相位差，或称有的额外光程差/2。
产生额外光程差/2的条件是：上下表面的光学性质不同。
结论
5/20/2021
返回
第1章光的特性
1.2.5 反射和折射的偏振特性
偏振度反射和折射的偏振特性
自然光的反射、折射特性线偏振光的反射的振动面旋转
Rs rs2 ssiinn22((1122))
Rp
rp2
ta ta
n2(12) n2(12)
入射光中s分量和p分量的透射率(不相同)为
Tsn n2 1c co o1 2ssts2ssii2 2n (n11 si2n 2 )2

第1章光波的基本特性(大学物理)

第一章光的干涉本章主要介绍光波的基本类型和一些传播特性（平面光波在各向同性均匀介质分界面上的反射和折射），这些内容是物理光学的基本内容之一，是学习以后各章节的基础。

重点知识：光波的主要类型及其数学表达式；平面光波在各项同性均匀介质分界面上的反射和折射特性。

1.1 光的波动理论一光波与电磁波光是电磁波，这是我们所熟悉的结论，或者说，光是电磁辐射频谱的一段。

光波包括红外光、可见光和紫外光。

可见光的波长约在400—760nm 的一段电磁辐射。

光在真空中的传播速度s m c /299792458=。

既然光是电磁波，因此光的所有物理量和物理行为都应遵行电磁理论。

光扰动（光振动）光波的电场强度E 与磁感应强度B的变化由于光与物质相互作用过程中电场起主要作用，因此将电场强度（电矢量）称作光矢量，本书所讨论的光振动未特别说明均理解为随时间和空间变化的光矢量。

A. 根据光振动在空间的分布，按波面形状可分为平面波、球面波、柱面波等；按频率则可分为单色光、准单色光和多色光。

若没有特别说明，所讨论的对象都按单色光来处理。

B. 光波属于横波，光矢量与光波传播方向垂直。

因此完全描述光波，还必须指明光场中任一点、任一时刻光矢量的方向，因此光波是一种矢量波。

（光的偏振现象就是光的矢量性质的表现）C. 当光的波长λ趋近于零或忽略不计时，以及在折射率不变或者变化缓慢的介质空间中，可以将光波看作是光线。

D. 电磁场的理论分析：场矢量的每个直角分量()t r f ,，麦克斯韦方程组：tD J H ort E J B B t B E D orE ∂∂+=⨯∇∂∂+=⨯∇=∙∇∂∂-=⨯∇=∙∇=∙∇μεμρερ0反映介质的电磁性质的物质方程：EJ H H B E E D r r σμμμεεε=====00电磁场的能流密度，即Poynting 矢量为：H E S⨯=二亥姆霍兹方程及其平面波和球面波解利用()()A A A2∇-∙∇⨯∇=⨯∇⨯∇可以推得电磁波在介质（无电荷、无传导电流）所要满足的波动方程：00222222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∇=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∇E t B t μεμε式中2∇称为拉普拉斯算符，在直角坐标系中的表达为2222222z y x ∂∂+∂∂+∂∂=∇。

第一章、光在各向同性介质中的传播特性物理光学教学课件

说明：在实际与物质相作用时，真正起作用的电场，而非磁场，因此，在讨论光的波动持性时，只考虑电场矢量〔称为光矢量〕即可。
二、平面光波
1、平面光波是波动方程的解
采用一维波动方程
2f z2
v12
2f t2
0
f p , q f 1 p f 2 q f 1 z v f 2 z t v
可见：等相面为球面，z处的等相面曲率半径为：
RRzzf2
z
z1z02
z=0时，R(z)→。等相面为平面。
因此，本章的内容是学习本课程的根底，应予以特别重视。
第一章光在各向同性介质中的传输特性
光波的特性
、电磁波谱光波一、电磁波与光波
麦克斯韦方程
麦克斯韦利用经典电磁理论分析，赫兹利用实验都说明了光是一种频率极高(1012~1016Hz)的电磁波。其波长覆盖范围很宽(从1mm到10 nm) ，形成电磁波谱。
物理意义： f1zvt和 f2zvt分别是沿z和-z方
向传播的平面波。
理解：对 f1zvt ，z-vt相同的点振动状态相同。
因t=0、z=0和t=t1、z=vt1时的z-vt相同,即将0时刻
的波形沿z方向平移vt1就得到t1时刻的波形。即
f1zvt是沿z方向传播的平面波。
同理可得： f1zvt是沿-z方向传播的平面波。
四、波动方程
1、有限定条件的麦克斯韦方程组
介质为各向同性的均匀介质，且仅讨论远
离辐射源、不存在自由电荷 0 和传导
电流 J 0 的区域。
D E 0B B H 0 D
t
t
2、波动方程
22H E v112 22tE H 200 v2 t2
波动方程

1.1 光的特性解读

12
在此条件下，麦克斯韦方程组简化为
1 E 0 2 B 0 B 3 E t E 4 B t E B 取第三式的旋度 t 2 E 将（4）式代入上式右侧 E 2 t

2/19/2019
返回
6
光的颜色与频率的对应关系
颜色
红橙
中心频率/Hz
4.5×1014 4.9×1014
中心波长/nm
660 610
波长范围/nm
760-650 650-590
黄
绿青蓝紫
5.3×1014
5.5×1014 6.5×1014 6.8×1014 7.3×1014 返回
570
2/19/2019
11
4 波动方程

由麦克斯韦方程组可导出关于电场基本量 E和磁场基本量B的两个偏微分方程，从而证明电磁场的波动性。为简化讨论，假设所讨论的空间为无限大且充满各向同性的均匀介质，故、均为常数；又设讨论的区域远离辐射源、不存在自由电荷和传导电流，因此=0，j=0。
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静电场的高斯定理静电场的环路定律
H dl I
E dl 0 B dS 0
静磁场的高斯定理
静磁场的环路定律
这一方程组只适用于稳恒场。若电场和磁场是交变场，则其中的部分表达式不适用 2/19/2019 8
交变电磁场的麦克斯韦方程组麦克斯韦假定在交变电场和交变磁场中，高斯定理依然成立。变化的磁场会产生涡旋电场，故静电场的环路定律应代之以涡旋电场场强的环流表达式；对静磁场的环路定律则引入了位移电流的概念后进行了修改，这样，就得出了适用于交变电磁场的麦克斯韦方程组。（1） D dS Q

《物理光学》学习指南

“物理光学”是哈尔滨工业大学航天学院电子科学与技术和光学工程专业的一门最重要的专业必修基础课，是物理电子学、光学工程和仪器科学与技术等学科的考研专业基础课。

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。

重点内容及学时分布：第一章光波的表示及在各向同性介质中的传播特性（共10学时）重点内容：单色平面光波的复数表示及复振幅；复色光波的相速度和群速度；光波的横波性及偏振特性；菲涅耳公式；反射率和折射率；反射光和折射光的相位特性；反射和折射的偏振特性。

第二章光的干涉（共10学时）重点内容：双光束干涉（包括杨氏干涉、等倾干涉、等厚干涉、牛顿环）；平行平板的多光束干涉；典型干涉仪及其应用（主要是迈克尔逊干涉仪和F-P干涉仪；光的相干性（空间相干性和时间相干性）。

第三章光的衍射（共10学时）重点内容：衍射的基本理论；夫琅和费衍射（包括夫琅和费矩形孔衍射、圆孔衍射、单缝衍射、多缝衍射）；光学成像系统的分辨本领；菲涅耳衍射及波带片；光栅方程及闪耀光栅。

第四章光波在各向异性介质中的传播特性（共10学时）重点内容：晶体的介电张量；晶体光学的基本方程；菲涅耳方程（包括波法线菲涅耳方程和光线菲涅耳方程）；光在晶体中的传播的几何法描述；平面光波在晶体界面上的反射和折射（重点是要确定单轴晶体中o光和e光的光线传播方向）；晶体的光学元件（包括棱镜和波片）；晶体的偏光干涉。

第五章晶体的感应双折射（共4学时）重点内容：晶体的线性电光效应（主要是KDP晶体的线性电光效应）；晶体的旋光效应（主要是旋光效应的解释及法拉第隔离器）。

第六章光的吸收、色散和散射（共4学时）光与介质相互作用的经典理论；光的吸收定律及吸收光谱；光的色散（主要内容是正常色散、反常色散及色散率）；光的散射（主要是瑞利散射和米氏散射）。

光通过各向同性介质及其界面所发生的现象

光的折射
总结词
当光从一种介质进入另一种介质时，由于速度的改变，光会改变其传播方向，产生折射现象。
详细描述
光的折射是指光从一个介质进入另一个介质时，由于速度的改变而发生方向改变的现象。折射角的大小与入射角的大小、介质的折射率等因素有关。当光线从折射率较小的介质进入折射率较大的介质时，折射角小于入射角；反之，折射角大于入射角。
光的折射与反射
折射定律
当光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，折射角与入射角、介质折射率有关。
反射定律
光在界面上发生反射时，反射角等于入射角，与界面法线垂直。
光的散射与吸收
光的散射
光在介质中传播时，由于微小颗粒或分子的散射作用，使得光向各个方向散射。
光的吸收
光在介质中传播时，部分光能被介质吸收转化为其他形式的能量，导致光强减弱。
详细描述
热辐射是由于物质的原子或分子的振动和转动状态发生变化而产生的电磁波。热辐射的强度和波长与物质的温度有关，是热传递的一种方式。
光化学反应
总结词
光化学反应是指光子与物质相互作用时，激发物质分子并导致化学反应发生的现象。
详细描述
光化学反应需要特定波长的光子激发，使物质分子吸收光能后发生化学键断裂或形成，从而生成新的物质。光化学反应在光合作用、染料敏化太阳能电池等领域有重要应用。
自由空间光通信
利用激光在空气中传输信息，适用于短距离、高速率的通信。
水下光通信
利用光在水中传输信息，适用于水下探测和通信。
光学传感
光电传感器
利用光电效应将光信号转换为电信号，用于检测物体是否存在或移动。
光纤传感器
利用光纤中光的传输特性变化检测物理量，如温度、压力、位移等。

2017年西安理工大学813物理光学考研大纲硕士研究生入学考试大纲

西安理工大学研究生招生入学考试《物理光学》考试大纲科目代码：813科目名称：物理光学第一部分课程目标与基本要求一、课程目标“物理光学”课程是光电信息科学与工程、测控技术与仪器等专业的专业基础课。

本课程考查考生对光在各向同性介质和各向异性介质传播规律、光的干涉和光的衍射基本理论的掌握程度，考查学生应用这些规律和理论分析问题、解决问题的能力。

二、基本要求“物理光学”课程的任务是研究光的本性，光与物质相互作用的一门科学，使学生能够从光的电磁场理论出发分析光在不同介质中传播的基本规律，掌握光的干涉、光的衍射的基本理论。

通过本门课程的学习，培养学生能够应用所学的理论知识分析物理现象，解决典型的实际问题的能力；通过对物理光学发展前景的了解，激发学生学习物理光学的兴趣和信心，并使学生为后续专业课程的学习打下一定的基础。

第二部分课程内容与考核目标绪论介绍光学发展史，让学生了解光学基本理论建立的前因后果，介绍最新的物理光学发展成果，提高学生学习本门课程的兴趣。

第一章光在各向同性介质中的传播特性1、掌握光的电磁场理论的物理意义；2、理解光的波动微分方程；3、掌握光的波动微分方程解的物理意义；4、了解不同形式光波场的频谱特点；5、掌握光波相速度、群速度的概念及意义；6、掌握反射定律和折射定律的矢量表达式；7、掌握菲涅耳公式，会用菲涅耳公式计算反射光和折射光振幅、光强等；8、掌握发生全反射时，反射光和折射光的特点；9、了解光在金属表面上发生反射和折射的特性；第二章光的干涉1、掌握双光束干涉的基本条件；2、掌握分波阵面干涉获得相光源的方法；3、掌握平板的双光束干涉条纹的特点，干涉场光强的计算方法；4、掌握典型的双光束干涉仪原理和应用；5、掌握平行平板的多光束干涉条纹的特点，干涉场光强的计算方法；6、掌握典型的多光束干涉仪以及干涉滤光片的原理和应用；7、会对光学薄膜的反射特性进行分析和计算，掌握光学薄膜的应用；第三章光的衍射1、理解光的衍射理论，会用光的衍射理论推导出菲涅耳衍射公式和夫琅禾费衍射公式；2、掌握典型孔径的夫琅禾费衍射图样的特点，会计算典型孔径的夫琅禾费衍射场光强大小；3、掌握夫琅禾费衍射在测量中的应用；4、会用夫琅禾费衍射理论分析典型成像系统的分辨本领；5、掌握典型孔径的菲涅耳衍射图样特点，会定性地分析衍射场中光强的大小；6、掌握衍射光栅的分光原理和应用；7、掌握波带片的工作原理，了解波带片在光学仪器中的应用；。

大学_物理光学与应用光学第二版(石顺祥著)课后答案下载

物理光学与应用光学第二版（石顺祥著）课后答案下载物理光学与应用光学第二版（石顺祥著）课后答案下载《学习指导书》可以作为工科高等院校光电信息类、光学工程类学科及电子科学与技术、光信息科学与技术、光电子技术等专业的“物理光学与应用光学”、“物理光学”、“光学”等课程的教学参考书，也可以作为其它专业学习的'参考书，亦可作为相关专业考研的参考书。

物理光学与应用光学第二版（石顺祥著）：内容简介点击此处下载物理光学与应用光学第二版（石顺祥著）物理光学与应用光学第二版（石顺祥著）：目录第1章光在各向同性介质中的传播特性1.1 基本要求1.2 基本概念和公式1.3 典型例题1.4 习题选解第2章光的干涉2.1 基本要求2.2 基本概念和公式2.3 典型例题2.4 习题全解第3章光的衍射3.1 基本要求3.2 基本概念和公式3.3 典型例题3.4 习题选解第4章光在各向异性介质中的传播特性 4.1 基本要求4.2 基本概念和公式4.3 典型例题4.4 习题全解第5章晶体的感应双折射5.1 基本要求5.2 基本概念和公式5.3 典型例题5.4 习题全解第6章光的吸收、色散和散射6.1 基本要求6.2 基本概念和公式6.3 典型例题6.4 习题全解第7章几何光学基础7.1 基本要求7.2 基本概念和公式7.3 典型例题7.4 习题选解第8章理想光学系统8.1 基本要求8.2 基本概念和公式8.3 典型例题8.4 习题选解第9章光学系统像差基础和光路计算 9.1 基本要求9.2 基本概念和公式9.3 典型例题9.4 习题选解第10章光学仪器的基本原理10.1 基本要求10.2 基本概念和公式 10.3 典型例题10.4 习题选解。

第1章光波的表示及在各向同性介质中的传播特性(The(共35张PPT)

导率,σ 为电导率。
第十三页，共三十五页。
3. 物质(wùzhì)方程在一般情况下，介质的光学特性具有不均匀性，、和是空间位置的坐标函数，即应当表示成 (x，y，z)、 (x，y，
z) 和(x，y，z)；若介质的光学特性是各向异性的，则、
和应当是张量，因而(yīn ér)物质方程应为如下形式：
波动方程对10式两边取旋度并将11式代入可得10t???????be22t?????ee11t??????dh6115tt???????????????????????bebhdhde利用矢量微分恒等式并考虑到8式可得2???????aaa2220t????ee08???????d22t?????ee5???de同理可得若令同理可得若令112??可将以上两式变化为22222222101310tt?????????????????eehh2220t????hh此即为交变电磁场所满足的典型的波动方程它说明了交变电场和磁场是以速度此即为交变电磁场所满足的典型的波动方程它说明了交变电场和磁场是以速度传播的电磁波动
第三十一页，共三十五页。
S 1
T
Sdt
T0
S
sz
n
0c
E02
cos2 (t
kz)
cos2 ( / 2) (1 cos ) / 2
D E B H J E 即 D 与 E、B 与 H、J 与E一般(yībān)不再同向。
第十四页，共三十五页。
3. 物质(wùzhì)方程当光强度很强时，光与介质的相互作用过程会表现出非线性光学特性(tèxìng)，因而描述介质光学特性(tèxìng)的量不再是常数，而应是与光场强有关系的量，例如介电常数应为 (E)，
在实际上都利用(lìyòng)能流密度的时间平均值<S>表征光电磁场的能量传播，并称 <S> 为光强，以 I 表示。假设光探测器的响应时间为T，则

光在各向同性介质中的传输特性

0
0
i
2 0 i
∴衰减振荡的频率不再是单一频率ν0 ，不再是单色光
E(t)
1
功率谱 E( ) 2 E( )E*( )
1
4 2 ( 0 )2 2
当
时
0
E( 0 )
2
1
2
0
t
当
1或
时
2
E(1) 2
E( 2 ) 2
1 2
E( 0 ) 2
则
2
0
0
1
2
E(v)2
1/2
定义谱线宽度
2
1
1 ( z )2 f
R(z) z f 2 z
f 02
exp[-r2/2(z)]
1
1/e
(z) (z)
0
z
Fig1-6高斯分子与光斑尺寸
(z)
0
R(z)
0
z
Fig1-7 高斯光束的扩展
§1.1.3 光波场的时域频率和空间频率
一、时域频率（一）定义
单色光：只含一个频率ν0
E E0 cos(0t kz 0 )
2、持续有限时间的等振幅振荡
E(t) ei20t 0
-T /2tT /2 其它
则 E( ) T /2 ei20te2tdt T sin T ( 0 )
T /2
T ( 0 )
T sin c[T ( 0)]
功率谱 E( ) 2 T 2 sin c2[T ( 0 )]
E(t) 1
E(v)2 T2
z
1
t
z
1
t
E
0
变量变换：波动方程变为
p z t
2E 0 pq

第1章光在各向同性介质中的传输特性

第 1 章光在各向同性介质中的传输特性 1) 在直角坐标系中，拉普拉斯算符的表示式为
2 2 2 2 2 2 2 x y z
为简单起见，假设f不含x、y变量，则波动方程为
2 f 1 2 f 2 2 0 2 z v t
为了求解波动方程，先将其改写为
(1-19)
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。
第 1 章光在各向同性介质中的传输特性下面，我们从麦克斯韦方程组出发，推导出电磁波的波动方程，限定介质为各向同性的均匀介质，仅讨论远离辐射源、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
(1-6) (1-7)
式中， ε=ε0εr 为介电常数，描述介质的电学性质， ε0 是真空中介电常数，εr 是相对介电常数； μ=μ0μr 为介质磁导率，描述介质的磁学性质，μ0是真空中磁导率，μr是相对磁导率；σ为电导率，描述介质的导电特性。
第 1 章光在各向同性介质中的传输特性应当指出的是，在一般情况下，介质的光学特性具有不均匀性，ε、μ和σ应是空间位置的坐标函数，即应当表示成ε(x, y,
第 1 章光在各向同性介质中的传输特性
第 1 章光在各向同性介质中的传输特性
1.1 光波的特性 1.2 光波在各向同性介质界面上的反射和折射 1.3 光波在金属表面上的反射和折射
第 1 章光在各向同性介质中的传输特性
1.1 光波的特性
1.1.1 光波与电磁波
1.
自从19世纪人们证实了光是一种电磁波后，又经过大量的实验，进一步证实了X射线、γ射线也都是电磁波。它们的电磁特性相同，只是频率(或波长)不同而已。如果按其频率(或波长) 的次序排列成谱，称为电磁波谱，如图1-1所示。通常所说的光

物理光学与应用光学——第1章

• 变化的电场产生的磁场和传导电流产生的磁场相同，都是涡旋状的场，磁感线是闭合线。因此，磁场的高斯定理仍适用。
• 麦克斯韦提出的位移电流的概念，揭示出变化的电场可以在空间激发磁场，并通过全电流概念的引入，得到了一般形式下的安培环路定理在真空或介质中的表示形式，上式表明，任何随时间而变化的电场，都是和磁场联系在一起的。
近红外 1.5 μm~0.76 μm
可见光(760 nm~380 nm)
红色 760 nm~650 nm 橙色 650 nm~590 nm 黄色 590 nm~570 nm 绿色 570 nm~490 nm 青色 490 nm~460 nm 蓝色 460 nm~430 nm 紫色 430 nm~380 nm
• 在没有自由电荷的空间，由变化磁场激发的涡旋电场的电场线是一系列的闭合曲线
• 麦克斯韦提出的涡旋电场的概念，揭示出变化的磁场可以在空间激发电场，并通过法拉第电磁感应定律得出了二者的关系，上式表明，任何随时间而变化的磁场，都是和涡旋电场联系在一起的。
2021/4/8
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麦克斯韦-安培定律—变化的电场激发磁场
2021/4/8
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2. Maxwell's equations
• 描述电荷如何产生电场的高斯定律 • 描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应
定律 • 论述磁单极子不存在的高斯磁定律 • 描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克
斯韦-安培定律
2021/4/8
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2. Maxwell's equations
2021/4/8
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1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程 1. 电磁波谱
•1nm 10nm 100nm 1m 10m 100m 1mm 1cm 10cm 1m 10m 100m 1km

第1章光在各向同性介质中的传播特性

第1章光在各向同性介质中的传播特性?19世纪60年代麦克斯韦建立了经典电磁理论并把光学和电磁现象联系起来指出光也是一种电磁波是光频范围的电磁波从而产生了光的电磁理论
第1章光在各向同性介质中的传播特性

制作人周杰

19世纪60年代，麦克斯韦建立了经典电磁理论，并把光学和电磁现象联系起来，指出光也是一种电磁波，是光频范围的电磁波，从而产生了光的电磁理论；光的电磁理论是描述光学现象的基本理论；本章基于光的电磁理论，简单地综述光波的基本特性，着重讨论光在各向同性介质中的传输特性，光在各向同性介质表面上的反射和折射。- -本课程的基础本章分为二单元：第一单元，介绍光波的特性（1.1）(补充介绍光的量子本质和光的统计性质)；第二单元，光波在各向同性介质表面的反射和折射（1.21.3）；重点：光波的特性，光波在各向同性介质中的反射与折射难点：全反射的概念具体内容计划课时：6 实用9课时
8/13/2013
第1章
具体内容

1.1 光的特性 1.2 光波在各向同性介质界面上的反射和折射 1.3 光波在金属表面上的反射和折射第1章课程目标
制作人周杰
8/13/2013
第1章
第1章课程目标

熟练掌握光的波动特性，了解光的量子特性及统计性质；掌握光波在各向同性介质界面上的反射与折射特性；了解光波在金属表面上的反射与折射特性。
制作人周

物理光学课件-叶玉堂

物理光学
光电信息学院
1.1.2 电磁场基本方程
积分形式:
+ S
D

d
S
=+
V
ρ
dV
+ B d S =0 S
B
+CE d l = +S t d S

D
+C H d l =+S J + t d S
物理光学
光电信息学院
1.1.2 电磁场基本方程
2. Material equation
物理光学
光电信息学院
(B). 数学表达式
f = f ( k r , t )
1.2.2 时谐均匀平面波
沿 k 传播
f(z,t)
沿 z 传播
f(z±υt) 以υ沿z传播
f (kz ± ωt )
物理光学
光电信息学院
1.2.2 时谐均匀平面波
假设均匀平面波沿+z 方向传播，即 E 和 H 仅是 z 和 t 的函数，波动方程简化为
1.2.2 时谐均匀平面波
对应频率为时谐均匀平面的特解为
Z
E( z, t) = E 0 cos (t υ±
)
+0
f (kz
±
ωt
)
H
(
z,
t)
=
H
0 cos

(tυZ±

) +K0 = ω / υ
式中，矢量 E0和 H0的模分别是时谐电场和时谐磁场的振幅，矢量 E0和 H0的方向分别表示时
物理光学
光电信息学院
各向同性、均匀介质
1.2.1 波动方程
D = 0