1 / 38

物理光学

工程光学 B. 物理光学. 教材：工程光学基础教程 / 郁道银、谈恒英 2007 机械工业出版社. 参考书：物理光学 ( 第 3 版 ) ，梁铨廷编著， 2008 年 04 月，电子工业出版社. 参考书：工程光学，田芊 清华大学出版社、出版时间： 2006-5-1 ISBN ： 7302127220. 参考书 :OPTICS(Fourth Edition) —— Eugene Hecht ， Pearson Academic ， 2003 ， 2.

tatum-mclaughlin
Download Presentation

物理光学

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 工程光学 B 物理光学

  2. 教材：工程光学基础教程/郁道银、谈恒英 2007 机械工业出版社

  3. 参考书：物理光学(第3版)，梁铨廷编著，2008年04月，电子工业出版社参考书：物理光学(第3版)，梁铨廷编著，2008年04月，电子工业出版社

  4. 参考书：工程光学，田芊 清华大学出版社、出版时间：2006-5-1 ISBN：7302127220

  5. 参考书:OPTICS(Fourth Edition)——Eugene Hecht，Pearson Academic ，2003，2

  6. 参考书:光学原理——光的传播、干涉和衍射的电磁理论（第七版） （德）玻恩，（美）沃耳夫 著，杨葭荪 译，2009年10月，电子工业出版社

  7. 第九章 光的电磁理论基础 • 光的电磁理论的建立 • 19世纪中叶，Maxwell从理论上推导得到电磁波的传播速度等于光速，预言光是电磁波，Hertz通过实验证实了Maxwell的预言。 • 光电磁理论可以解释大多数的光学现象，是学习现代光学工程技术的重要基础。 • 物理光学建立在光的电磁理论基础之上，几何光学只是物理光学的一种近似。

  8. 本章内容 第一节 光的电磁性质 第二节 光在电介质界面上的反射和折射 第三节 光的吸收、色散和散射 第四节 光波的叠加 第五节 光波的傅里叶分析

  9. 第一节 光的电磁性质 一、电磁场的波动性 （一）麦克斯韦方程组 （Maxwell’s equation） 电场强度（E）：电场中某点在数量和方向上等于单位正电荷在该点所受的电场力。单位N/c或V/m。 电感强度（D）：辅助物理量，D＝E +P。单位c/m2。 磁感强度（B）：单位T，1T=1N․s/c․m。速度为1m/s电量为1c的电荷受到的磁力为1N时的磁感应强度。 磁场强度（H）：辅助物理量，H＝B/ -M。单位A/m。

  10. 麦克斯韦方程组： 概括了静电场和似稳电流磁场的性质； 揭示了时变场情况下，电场和磁场的联系。

  11. 描述介质在电磁场作用下的电学和磁学性质的关系式称为物质方程。各向同性的均匀介质中，物质方程如下：描述介质在电磁场作用下的电学和磁学性质的关系式称为物质方程。各向同性的均匀介质中，物质方程如下： 麦克斯韦方程与物质方程组成的方程组揭示了时变电磁场的普遍规律，在给定边界条件下，可以求解具体的光学问题。

  12. （二）、电磁场的波动性

  13. Gamma Rays X- Rays Ultra violet V Infra -red Micro -waves Radio -waves The electromagnetic spectrum long short Wave length 380nm violet-blue 780nm deep-red

  14. 二、平面电磁波及其性质 利用波动微分方程可以得到E和B的多种形式的解（平面波、柱面波、球面波）。 偏微分方程的解还可以写成各种频率的简谐波及其叠加，在此首先讨论平面简谐波解。

  15. （一）平面简谐电磁波的波动公式 设光波沿z轴正向传播

  16. 解的意义： 取正向传播： 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。

  17. 从傅里叶分析的观点可知，任何形式的波动都可以看成是许多不同频率的简谐波的叠加，所以取简谐振动作为波动方程的特解。从傅里叶分析的观点可知，任何形式的波动都可以看成是许多不同频率的简谐波的叠加，所以取简谐振动作为波动方程的特解。 相位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。

  18. 波动公式： 上式是一个具有单一频率、在时间和空间上无限延伸的波。

  19. 电磁波具有空间周期性和时间周期性，通过传播速度相联系电磁波具有空间周期性和时间周期性，通过传播速度相联系

  20. 沿空间任一方向k传播的平面波 在处理光的干涉和衍射问题时，只关心某一时刻光波在空间的分布情况，所以常常用复振幅表示简谐光波，可以使得计算简化。

  21. （二）平面电磁波的性质 1、横波特性：电矢量和磁矢量的方向均垂直于波的传播方向。

  22. 2、E、B、k互成右手螺旋系。 3、E和B同相位 由于光速数值很大，故上述结果表明在真空或电介质中光波场的E矢量的振幅远远大于B矢量的振幅，因而对探测器起作用的主要是光波场的E矢量。 通常我们讲光振动矢量实际上就是指电场强度矢量E，其振动方向就是光波的偏振方向。

  23. 三、球面波和柱面波 （一）球面波：任意时刻波振面为球面的光波（由点光源产生）

  24. （二）柱面波：波面为圆柱波面的波（由线光源产生）（二）柱面波：波面为圆柱波面的波（由线光源产生）

  25. 四、光波的辐射和辐射能 （一）电偶极子辐射模型 • 光波是电磁波，光源发光就是物体的辐射电磁波的过程。大部分物体发光属于原子发光类型，因此我们只研究原子发光的情况。 • 原子由带正电的原子核和带负电的绕核运转的电子组成；在外界能量的激发下，由于原子核和电子的剧烈运动和相互作用，原子的正电中心和负电中心常不重合，且正、负中心的距离在不断的变化，从而形成一个振荡的电偶极子。 • 经典电磁场理论认为：原子发光是振荡的电偶极子引起的电磁辐射。

  26. 最为简单的振荡电偶极子是电偶极距随时间作简谐变化的电偶极子，此时电偶极距可表示为 • 是振幅， 是角频率。 • 既然原子是一个振荡电偶极子，它必定在周围空间产生交变电磁场，即辐射出光波。 • 振荡电偶极子振动一个周期，称电磁场将向外传播一个空间周期，即电磁场分布有一定的空间周期，这就是电磁波的波长。 • 振荡电偶极子辐射的电磁场：可由MAXSWELL方程组计算，在经典的电动力学著作中均可找到，我们只给结果。

  27. 1.作简谐振动的电偶极子在距离很远的P点辐射的电磁场：1.作简谐振动的电偶极子在距离很远的P点辐射的电磁场： • 式中 • 显然，上式为一球面波，但与理想球面波不同的是，电偶极子辐射的球面波的振幅随角而变。

  28. 2．E在P和r所在平面内振动，B在与P和r所在平面相垂直的平面内振动，同时 E和 B又都垂直于波的传播方向，E 、B 、K三者组成右旋系统，表明了其偏振性。

  29. （二） 对实际光波的认识 • 以上讨论只是一种理想情况，实际远非如此。 • 由于原子的剧烈运动，彼此间不断的碰撞，使原子系统的辐射过程常常中断，致使原子发光是间歇的。 • 原子每次发光的时间是原子两次碰撞的时间间隔，这样原子发出的光波是由一段段有限长的称为波列的光波组成； • 每段波列，其振幅在持续时间内保持不变或缓慢变化，前后各段波列之间没有固定的位相关系，光矢量的振动方向也不相同。 • 普通光源辐射的光波，没有偏振性，其发出的光波的振动具有一切可能的方向（在垂直于传播方向的平面内各个方向都是可能的），它可以看作是具有各个可能振动方向的许多光波的和，在各个可能振动方向上没有一个振动方向较之其它方向更占优势。这样的光波称为自然光。即普通光源发出的光是自然光。

  30. （三）辐射能 电磁场的能量密度为 辐射强度矢量或坡印亭矢量的大小为： 矢量形式： 玻印亭矢量的方向表示能量流动的方向 ，其大小为单位时间垂直通过单位面积的能量。

  31. 对于光波来说，电磁场的变化极其迅速，高达 Hz量级，所以坡印亭矢量值也迅速变化的，人眼和其他接收器都不可能接收其瞬时值，只能接收其平均值。 上式说明电磁辐射强度的平均值与频率的四次方成正比，（短波能量大）。

  32. 光强度的定义：辐射强度矢量大小的时间平均值。光强度的定义：辐射强度矢量大小的时间平均值。 对于平面波： 可见光强I与波振幅A的平方成正比！

  33. 对于平面波： 在处理光学问题时中，往往关心空间不同位置的相对光强，所以直接用 表示光强。

  34. 内容回顾 1、电磁场的波动性（麦克斯韦方程组、物质方程、波动方程） 2、平面电磁波的性质 3、球面波和柱面波（定义、方程表达式） 4、光波的辐射和辐射能

More Related