《物理光学》PPT电子课件讲义（共五章，光的电磁理论、光波的叠加与分析、光的干涉和干涉仪、多光束干涉与光学薄膜、光的衍射）

为了描述辐射能的传播,引进辐射强度矢量( Poynting矢量)S, 它的大小为单位时间内、通过垂直于传播方向的单位面积的辐 射能量,它的方向为能量的传播方向。 设dσ为垂直于电磁波传播方向的面积元,假定介质对能量无吸收, 在d时间内通过do的能量为 wydo dt,辐射强度矢量的值为 CE+-B E 1 ∵1 Eu B ∴S=vE eB

为了描述辐射能的传播，引进辐射强度矢量（Poynting矢量）S， 它的大小为单位时间内、通过垂直于传播方向的单位面积的辐 射能量，它的方向为能量的传播方向。 (1) 1 2 2 2         = = E + B v s w v dt d wvd dt d      在 时间内通过 的能量为 ，辐射强度矢量的值为 设 为垂直于电磁波传播方向的面积元，假定介质对能量无吸收， (2) 1 1 1 2 s v E EB v B E v        = =  = = =

已知S的方向为电磁波的传播方向,而波的传播方向、E方向、B 方向三者相互垂直,故(2)式又可以写成矢量式 s=-E×B 由于电场和磁场的变化频率高达10Hz数量级,所以S的值也在 迅速改变,用任何方法都不能接受到其瞬时值,只能接受到在 某一时间段内的平均值。已知辐射强度的瞬时值为S=VεE,设 电偶极子辐射球面波,代入球面波电场波函数的实数表达式 2 2 S=vEE 2 o Po sin y COS Kr-a 16丌2gyr

已知S的方向为电磁波的传播方向，而波的传播方向、E方向、B 方向三者相互垂直，故（2）式又可以写成矢量式 (3) 1 S E B    =   由于电场和磁场的变化频率高达1015Hz数量级，所以S的值也在 迅速改变，用任何方法都不能接受到其瞬时值，只能接受到在 某一时间段内的平均值。已知辐射强度的瞬时值为S=vE 2 ，设 电偶极子辐射球面波，代入球面波电场波函数的实数表达式 (k r t) v r p S v E      =  = − 2 2 3 2 2 2 0 4 2 cos 16 sin

则辐射强度在一个周期内的平均值为 po sin t cos(kr-orlt 16丌2Ep3r2TJ0 o po 327 8vr2sin- y 由此式可知:辐射强度的平均值与电偶极子振荡的振幅平方成 正比;与振荡频率的四次方成正比,即与波长的四次方成反比; 还与角度u有关。 考察离电偶极子很远处的球面波时,可将其视为平面波,平面 波的辐射强度在一个周期内的平均值为 (s)= Sdt=vE A cos (hr-otddt o V8 g2-1 5) 2

则辐射强度在一个周期内的平均值为 ( ) ( ) sin (4) 32 cos 16 1 sin 2 2 3 2 2 0 4 0 2 0 2 3 2 2 2 0 4          v r p k r t dt v r T p Sdt T S T T = = = −   由此式可知：辐射强度的平均值与电偶极子振荡的振幅平方成 正比；与振荡频率的四次方成正比，即与波长的四次方成反比； 还与角度有关。 考察离电偶极子很远处的球面波时，可将其视为平面波，平面 波的辐射强度在一个周期内的平均值为 ( ) ( ) (5) 2 1 2 1 cos 1 1 2 2 0 2 0 2 v A A k r t dt T Sdt v A T S T T      = = = = −  

物理光学中将(S)称为光强度,用I表示。由(5)式得: I∝A 当讨论相对光强时,比例系数可消去,I=A2 三对实际光波的认识 光波的不连续性 振荡电偶极子辐射的并不是连续的光波,而是持续时间极 短的波列,每一波列的持续时间为10秒数量级,各波列之 间没有确定的位相关系,光矢量的振动方向也是随机的。 2自然光的非偏振性 光学中将普通光源辐射的、未经过特殊的起偏振装置处理 的光波叫自然光。这种光波在空间各个方位上的振动几率 相等,不表现出偏振性

物理光学中将（S）称为光强度，用 I 表示。由（5）式得： I ∝A 2 当讨论相对光强时，比例系数可消去，I =A2 。 三 对实际光波的认识 1 光波的不连续性 振荡电偶极子辐射的并不是连续的光波，而是持续时间极 短的波列，每一波列的持续时间为10-9秒数量级，各波列之 间没有确定的位相关系，光矢量的振动方向也是随机的。 2 自然光的非偏振性 光学中将普通光源辐射的、未经过特殊的起偏振装置处理 的光波叫自然光。这种光波在空间各个方位上的振动几率 相等，不表现出偏振性

§6电磁场的边值关系 光学中经常遇到光波从一种介质传播到另一种介质的问题。由 于两种介质对光传播所表现的物理性质不同(这种不同以介电 系数和磁导率的变化来表征),所以在两种介质的分界面上电 磁场量是不连续的,但它们相互间有一定的关系,这种关系称 为电磁场的边值关系。 下面应用麦克斯韦方程组的积分式来研究这个边值关系 电磁场法向分量的关系 参见图1-18,假想在两介质的界面上作一个扁平的小圆柱体, 柱高为8h,底面积为8A,将麦克斯韦方程组的(3)式应用于该 圆柱体,得出 手B·d=J B·d+1B.d+|B.do 底

光学中经常遇到光波从一种介质传播到另一种介质的问题。由 于两种介质对光传播所表现的物理性质不同（这种不同以介电 系数和磁导率的变化来表征），所以在两种介质的分界面上电 磁场量是不连续的，但它们相互间有一定的关系，这种关系称 为电磁场的边值关系。 下面应用麦克斯韦方程组的积分式来研究这个边值关系。 一 电磁场法向分量的关系 参见图1－18，假想在两介质的界面上作一个扁平的小圆柱体， 柱高为h，底面积为A，将麦克斯韦方程组的（3）式应用于该 圆柱体，得出      =  +  +  顶 底 壁 B d B d B d B d     §6 电磁场的边值关系