1.1

光的電磁理論麥克斯韋方程組電磁波與光波光波在各向同性介質中傳播速度及折射率電磁波的橫波性光波的能量分布－光強光源單色光波及其描述返回第1章9/25/2023第1章 光的干涉11.1.1

麥克斯韋方程組其中返回方程（2）隨時間變化的磁場將激發渦旋電場；方程（4）隨時間變化的電場將激發渦旋磁場；9/25/2023第1章 光的干涉21.1.2

電磁波與光波電磁波波動方程可見電磁波包括電場波和磁場波；兩種波具有相同的速度真空中波速為光波：是某一波段的電磁波變化電場/磁場變化磁場/電場電磁波9/25/2023第1章 光的干涉3電磁波譜10/2/2023返回第1章4光的干涉光波是某一波段的電磁波10/2/2023返回第1章5光的干涉紫外光

λ:5--400nm

ν:1015—1017hz 人眼不可見，可用熒光屏、照相乳膠、光電管來探測，能量高，殺菌力、穿透力強。可見光

λ:390—760nm

ν:7.5×1014-4.1×1015hz人眼可見。可見光的顏色(人眼對光的感覺)與光的頻率(或真空中的波長)有關，光的顏色與頻率的對應關系。紅外光

λ:760—6*1015nm

ν:1012—1014hz 人眼不可見，有顯著的熱效應，可用紅外光電器件顯示紅外圖象（夜視儀），也是光纖通訊的窗口波段。光譜

光強隨波長的分布，不同光源有不同的光譜。借助于光譜可對物質進行成分分析。光的顏色與頻率的對應關系顏色中心頻率/Hz中心波長/nm波長范圍/nm紅4.5×1014660760-622橙4.9×1014610622-597黃5.3×1014570597-577綠5.5×1014550577-492青6.5×1014460492-450藍6.8×1014440450-435紫7.3×1014410435-39010/2/2023第1章 光的干涉61.1.3

光波在各向同性介質中傳播速度及折射率光在各向同性介質中的傳播速度－相速：相位面移動的速度，與介質的折射率有關--變慢。εr

μr與光的頻率、介質的種類有關。光在介質中的折射率大于1，也有小于1？？？光在介質中的頻率與周期保持不變，與振源相同光在介質中的波長與介質的折射率有關--變短。10/2/2023第1章返回7光的干涉1.1.4

電磁波的橫波性電磁波是橫波由麥克斯韋方程出發可以證明，E矢量、H矢量、都和傳播方向K垂直。光學中用電場波來表示光波，E稱為光矢量就能量的傳輸而言，光波中的電場E和磁場H是同等重要的。實驗證明,光與物質相互作用時，電場具有直接作用。引起眼睛視覺效應光化學效應（感光）光對導體的作用（對電子作用）10/2/2023第1章返回8光的干涉由于光的頻率極高，對光信號的測量，一般探測器只能測量到測量時間內的平均值。＜I＞－A2波動光學中主要討論光波的相對強度，常將光矢量振幅的平方稱為光強。I＝A21.1.5

光波的能量分布－光強電磁波的能量密度電磁場中單位體積內電磁場的能量單位時間內通過與波電磁波的能流密度－玻印亭矢量的傳播方向垂直的單位面積的能量。光強I－玻印亭矢量的大小光強I與光矢量E的平方成正比；10/2/2023第1章返回9光的干涉1.1.6

光源原子能級及發光躍遷基態激發態自發輻射光波波列長L＝τc不相干(不同原子發的光)∵∴光源的最基本發光單元是分子或原子。普通光源：自發輻射(隨機、獨立)不相干(同一原子先后發的光)3.

激光光源：受激輻射●E2●●h

21E1h

21相干●●h

21光輻射持續時間τ-10-8s10/2/2023第1章返回10光的干涉1.1.7

單色光波及其描述10/2/2023第1章返回11光的干涉光波是電磁波，可以用描述電磁波波函數來描述光波的各種形態，這些波函數是滿足一定邊界條件下的麥克斯韋方程的解。在光學中常遇到的單色平面光波和單色球面光波（理想模型），可以看作是方程的特解，任何形式的光波（實際）都可以看作是這些特解的某種線性組合。什么是單色光波？單色光波的物理描述光波的圖像描述什么是單色光波？單色光波：具有單一頻率的光波。嚴格的單色光波必須滿足下面四個條件空間各點電、磁場矢量以單一的頻率作簡諧振動；空間各點的光波振幅不隨時間變化，形成一個穩定的振幅空間分布；初始位相的空間分布與時間無關；光波的波列在空間上無限延伸、光源發光時間無限長。若波列是有限長的，則它在行進過程中，空間各點的振幅、位相分布必定會隨時間變化；若光源發光時間是有限的，則所發波列經傅里葉變換后可發現，這列光波可以看作是由不同頻率的、無限長的平面單色光波的

線性組合而成的。繼續10/2/2023第1章 光的干涉12繼續討論嚴格的單色光波是不存在。任何光源的發光過程總是有限的；從微觀角度看，發光過程是斷斷續續的；當波列的持續時間比擾動的周期長得多時，可以將該波列當作單色光波來處理；返回λ0ΔλI任何復色光波（一個中心波長λ0和一定寬帶Δλ）都是由單色光

I0波組合而成的。0I

/2λ譜線寬度越小，單色性越好；譜線寬度與原子的發光持續時間、原子間碰撞及原子熱運動等有關。10/2/2023第1章 光的干涉13單色光波的物理描述(附錄1.2)單色光波平面單色光波-

-最簡單、最基本、最重要就是平面簡諧電磁波；任何光波都可以看成為不同頻率、不同方向傳播的平面單色光波的疊加；繼續一列沿z軸正方向傳播的平面單色光波可用下列波函數表示一列沿k方向傳播的平面光波可用下列波函數表示(三角函數)(復振幅)10/2/2023第1章 光的干涉14繼續討論單色球面光波較簡單且重要；從點光源發出的光波在均勻各向同性介質中傳播時，就形成球面波；從點光源向四面傳播(發散)的單色球面光波可用下列波函數(三角函數)表示(復振幅)匯聚單色球面光波可用下列波函數(三角函數)表示(復振幅)10/2/2023返回第1章15光的干涉光波的圖像描述--幾何描述波面(波陣面