清华大学物理光学课件(第1节)

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1、精密仪器系精密仪器与机械学系光学工程基础Ⅱ——物理光学孙利群教授办公室：3104#62783033sunlq@mail.tsinghua.edu.cn2013-4-221精密仪器系精密仪器与机械学系2物理光学与几何光学的关系⎧几何光学：不涉及光的物理本性⎪将光视为传输能量的几何线（光线）⎪⎪物理光学在波长趋于时的一种近似0⎪⎪光学⎨⎪⎧⎧光的干涉⎪⎪⎪⎪⎨波动光学光的衍射⎪物理光学：研究光的本质⎨⎪⎪⎪⎩光的偏振⎪⎪⎩⎩量子光学2013-4-222精密仪器系精密仪器与机械学系3绪论：物理光学的研究对象õ光（物质）的基本属性õ光的传播规律õ光与其它物质之间的相互作用量子光学电磁光学波动

2、光学几何光学2013-4-223精密仪器系精密仪器与机械学系4物理光学（波动光学）研究内容光在各向同性媒质中的传播规律（折射、反射、现吸收、色散、散射）；象&传播过程中光波叠加（干涉）时、规光波受阻（衍射）时的现象、规律；律在各向异性媒质中的传播规律（偏振、双折射）2013-4-224精密仪器与机械学系5物理光学的应用2013-4-225精密仪器系精密仪器与机械学系6物理光学的应用2013-4-226精密仪器系精密仪器与机械学系7课程的性质及学习方法õ性质：技术基础课õ课程侧重：基本物理现象、物理概念、物理规律、物理理论及应用的阐述；õ为学习后继专业课程及进一步深造打基础õ学习方法：

3、以基本现象、理论、规律、应用为主线，注重对物理概念的理解要求与安排：课内外学时比例>1:1.5独立、按时、按量完成作业2013-4-227精密仪器系精密仪器与机械学系参考书1.钟锡华，《现代光学基础》，北京：北京大学出版社，20032.梁铨廷，《物理光学》（第3版），北京：电子工业出版社，20113.E.Hecht,Optics(4thed.),NewYork:Addison-Wesley,20024.MaxBorn,Emilwolf,PrincipleofOptics,6thed.波恩,沃耳夫著，《光学原理》(上/下)，杨葭荪等译，北京：科学出版社，2005(第7版)2013-4-

4、228精密仪器系精密仪器与机械学系9光的电磁理论是经典光学、现代光学的基础2013-4-229精密仪器系精密仪器与机械学系10本章重点：õ光的电磁性质õ光在均匀媒质中传播的基本规律õ光在介质表面的反射和折射õ光波的叠加预备知识:1、普通物理：电磁学2、工程数学：矢量运算、场论基础2013-4-2210精密仪器系精密仪器与机械学系112013-4-2211精密仪器系精密仪器与机械学系12一、电磁场的波动性1、Maxwell方程组2、物质方程3、电磁场的波动性2013-4-2212精密仪器系精密仪器与机械学系13õ1、Maxwell方程组：ur∇⋅D=ρur→∇⋅=B0D：电感强度ur→

5、ur∂BE：电场强度∇×E=−→∂tB：磁感强度uruurr∂D→∇×Hj=+H：磁场强度∂tρ：电荷密度→j：传导电流密度2013-4-2213精密仪器系精密仪器与机械学系14vv∂∂∂v∇++＝xyz000∂∂∂xyz∂∂tMaxwell方程组的意义õ揭示了：õ电场、磁场的性质õ电流、电场、磁场之间相互激励的关系2013-4-2214精密仪器系精密仪器与机械学系152、物质方程(在电磁场作用下物质特性的关系式)urur⎧DE=εε:介电常数⎪⎪uruur⎨BH=µµ:磁导率⎪rur⎪jE=σσ:电导率⎩⎧σ＝0ε=εε⎪0r－1222真空中⎨ε＝8.854210×CNm/⋅0=非

6、铁磁介质≈1µµµµ⎪－7220rr⎩µπ＝41×⋅0NSC/02013-4-2215精密仪器系精密仪器与机械学系16õ物质方程给出了媒质的电学和磁学性质是光与物质相互作用时媒质中大量分子平均作用的结果。2013-4-2216精密仪器系精密仪器与机械学系173、电磁场的波动性õ由Maxwell方程得出结论：õ（1）任何随时间变化的磁场周围空间都会产生变化的电场，具有涡旋场的性质。õ（2）任何随时间变化的电场（位移电流）都会在周围空间产生变化的磁场，是涡旋场。2013-4-2217精密仪器系精密仪器与机械学系18õ结论：变化的电场与变化的磁场紧密相连，互相激发，交替产生，在空间形成统一

7、的场——电磁场变化的电磁场在空间可以一定的速度向周围空间传播出去，电磁场由近及远地传播，形成电磁波2013-4-2218精密仪器系精密仪器与机械学系19电磁场的波动方程õ无限大各向同性均匀介质中，、为常数，εµσ=0õ不存在自由电荷和传导电流，ρ＝，＝00j（远离辐射源的区域，或变化的电磁场脱离产生它的源的区域）vvv∂B∇⋅=EE0∇×=−∂tvvv∂E∇⋅=BB0∇×=εµ∂t2013-4-2219精密仪器系精密仪器与机械学系20v∇⋅=E0v∇⋅=B