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1、第十章 光的电磁理论基础本讲稿第一页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（2 2）：）：Maxwell方程方程积分形式积分形式高斯定理：涡旋定理：法拉第定理：后两个公式反映了磁场和电场之间的相互作用。本讲稿第二页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（2 2）：）：Maxwell方程方程微分形式：微分形式：（101）（102）（103）（104）揭示了电流、电场、磁场相互激励的性质本讲稿第三页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的
2、电磁性质（光的电磁性质（2 2）：）：Maxwell方程方程微分形式：微分形式：本讲稿第四页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（3 3）：）：物质方程物质方程本讲稿第五页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（4 4）：）：电磁场的波动性电磁场的波动性点积为零，叉积与时间偏导成正比(10-13)(10-14)本讲稿第六页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（4 4）：）：电磁场的波动性电磁场的波动性本讲稿
3、第七页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（5）：）：平面电磁波及其性质平面电磁波及其性质（一）波动方程的平面波解本讲稿第八页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（5）：）：平面电磁波及其性质平面电磁波及其性质（一）波动方程的平面波解这是行波的表示式，表示源点的振动经过一定的时间推迟才传播到场点。取正向传播：本讲稿第九页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（5）：）：平面电磁波及其性质平面电磁波及其性质（
4、二）平面简谐电磁波的波动公式位相是时间和空间坐标的函数，表示平面波在不同时刻空间各点的振动状态。本讲稿第十页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（5）：）：平面电磁波及其性质平面电磁波及其性质（二）平面简谐电磁波的波动公式波动公式：（1025）（1026）上式是一个具有单一频率、在时间和空间上无限延伸的波。本讲稿第十一页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（5）：）：平面电磁波及其性质平面电磁波及其性质（二）平面简谐电磁波的波动公式沿空间任一方向k传播的平面波复振幅：
5、只关心光波在空间的分布。本讲稿第十二页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（5）：）：平面电磁波及其性质平面电磁波及其性质（三）平面电磁波的性质1、横波特性横波特性：电矢量和磁矢量的方向均垂直波的传播 方向。2、E、B、k互成右手螺旋系互成右手螺旋系。3、E和B同项同项本讲稿第十三页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第一节第一节 光的电磁性质（光的电磁性质（6）：）：球面波和柱面波球面波和柱面波1、球面波2、柱面波本讲稿第十四页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波
6、的叠加（光波的叠加（1 1）：一、波的叠加原理）：一、波的叠加原理波的叠加原理：几个波在相遇点产生的合振动是各个波在该点产生振动的矢量和矢量和。（p201)注意几个概念：1、叠加结果为光波振幅振幅的矢量和，而不是光强光强的和。2、光波传播的独立性：两个光波相遇后又分开，每个光波仍然保持原有的特性（频率、波长、振动方向、传播方向等）。3、叠加的合矢量仍然满足波动方程的通解，式（1020）。一个实际的光场是许多个简谐波叠加的结果。本讲稿第十五页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（2）：）：二、两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加（
7、一）三角函数的叠加本讲稿第十六页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（3）：）：（二）复函数的叠加二、两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加本讲稿第十七页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（4）：）：二、两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加（三）对叠加的结果分析的主要对象：合成的光强光强，本讲稿第十八页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（5）：三、驻波）：三、驻波两个频率相同、振动方向相同而传播方向相反
8、相反的单色光波的叠加将形成驻波驻波。垂直入射的光波和它的反射光波之间将形成驻波。本讲稿第十九页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（6）：）：四、两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加合振动的大小和方向随时间变化，合振动矢量末端运动轨迹方程为：本讲稿第二十页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（7）：）：右旋光与左旋光右旋光与左旋光1、右旋光：迎着光的传播方向观察，合矢量顺时针顺时针方向旋转。2、左旋光：迎着光的传播方向观察，合矢量逆时针逆时针方向旋转。本讲稿第二十一页，
9、共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（8）：）：光学拍光学拍光学拍是由两个频率接近两个频率接近，振动方向相同且在同一方向传播的光形成的。（图1032）本讲稿第二十二页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（8）：）：光学拍光学拍本讲稿第二十三页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（8）：）：光学拍光学拍lmA本讲稿第二十四页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（
10、8）：）：光学拍光学拍合成波的强度随时间和位置而变化的现象称为拍频拍频。拍频的应用：利用已知的一个光频率w1，测量另一个未知的光频率w2。本讲稿第二十五页，共二十七页第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（8）：）：群速度和相速度群速度和相速度1、相速度：等位相面传播的速度z 或 t本讲稿第二十六页，共二十七页2、群速度：等振幅面传播的速度z 或 t第十章第十章 光的电磁理论基础光的电磁理论基础 第四节第四节 光波的叠加（光波的叠加（9）：）：群速度和相速度群速度和相速度在真空中传播时，波速相同，相速度和群速度相等。在色散介质中传播时，不同频率的光波传播速度不同，合成波形在传播过程中会不断地变化，相速度和群速度便不同了。本讲稿第二十七页，共二十七页