物理光学与应用光学版及课后习题答案.ppt

第一章 光在各向同性介质中的传输特性 虽然光波在整个电磁波谱中仅占有很窄的波段，它却对人类的生存、人类生活的进程和发展，有着巨大的作用和影响，还由于光在发射、传播和接收方面具有独特的性质，以致很久以来光学作为物理学的一个主要分支一直持续地发展着，尤其是激光问世后，光学领域获得了突飞猛进地发展。 2.麦克斯韦电磁方程  。 旋度的计算： 麦克斯韦（J.C.Maxwell)简介 (1831--1879) 麦克斯韦方程的形式变为 ： 2、单色平面波 1） 单色平面光波的三角函数表示 上式是波动方程在平面光波情况下的一般解形式，根据具体条件不同，可以采取不同的具体函数表示。 三角函数形式： 我们只计沿+z方向传播的平面光波，则电场为： 上式表示，平面简谐光波是一个单色平面光波。所谓单色，即单频。 一个单色平面光波是一个在时间上无限延续，空间上无限延伸的光波动，在时间、空间中均具有周期性。 2）单色平面光波的复数表示 例如，可以将沿Z方向传播的平面光波写成 采用这种形式，就可以用简单的指数运算代替比较繁杂的三角函数运算。 在光学应用中，经常因为要确定光强而求振幅的平方，对此，只需将复数形式的场乘以它的共轭复数即可， 2、球面光波 一个各向同性的点光源，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，如图1-4所示。 球面波的解的形式为 ： 其中，f1(r-vt)代表从原点沿γ正方向向外发散的球面光波；f1(r+vt)代表向原点传播的会聚球面光波。 球面波的振幅随r成反比例变化。 简谐球面光波—单色球面光波的波函数为： 其复数形式为 ： 复振幅为 ： 3、柱面光波 一个各向同性的无限长线光源，向外发射的波是柱面光波，其等相位面是以线光源为中心轴，随着距离的增大而逐渐展开的同轴圆柱面，如图1-5所示。 可以证明，当γ较大（远大于波长）时，其单色柱面光波的表示式为： 复振幅为： 由上式可知，柱面光波的振幅与 成反比。 三、复色波 所谓复色波，是指某光波由若干单色波组合而成，或者说它包含多种频率成份，它在时间上是有限的。 单色平面波可以表示为： 四、相速度和群速度 1、单色光波的速度 设单色电场表示式为： E=E0cos(ωt-kz+ψ0) 则等相位面为： ωt-kz+ψ0=C（常数） 则等相位面的传播速度为： 2、复色波的速度 以二色波为例： 光电场为 ： E=E01cos(ω1t-k1z)+ E02cos(ω2t-k2z) 设E01= E02，且 ，则 式中，E(z,t)=2E0cos(ωmt-kmz) 由上式可见，这二色波如图1-12所示，其频率为 ，振幅随时间和空间在0到2E0之间缓慢变化。这种复色波称为振幅调制波或波群。 * 光在各向同性介质中的传输特性 光在各向异性介质中的传输特性 光的干涉 光的衍射 ? 本章基于光的电磁理论，介绍光波的基本特性、光在各向同性介质中的传播特性、光在介质分界面上的反射和折射特性，以及光波的数学描述。 第一节光波的特性 一、光波与电磁波、麦克斯韦电磁方程 1、电磁波谱 光波、X射线、γ射线都是电磁波，它们电磁特性相同，只是频率不同而已。如果按其频率（或波长）的次序排列成谱，则称为电磁波谱，如图所示。 电磁波谱: 宇宙射线 ?射线 x射线 光波 微波 短波 中`波 长波 对数坐标 对数坐标 软x射线 真空紫外线 紫外光 可见光 近红外光 中红外光 远红外光 线性坐标系 紫 靛 蓝 绿 黄 橙 红 光 波 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。 (1)红外线 远红外：1mm-20um 中红外：20um-1.5um 近红外：1.5um-0.76um (2)可见光 红色：760nm-650nm 橙色：650nm-590nm 黄色：590nm-570nm 绿色：570nm-490nm 青色：490n