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物理光学与应用光学第二版课件及课后习题答案 第一章 光在各向同性介质中的传输特性 • 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: 光波 中`波 长波 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： 近红外： (2)可见光 红色：760nm-650nm 橙色：650nm-590nm 黄色：590nm-570nm 绿色：570nm-490nm 青色：490nm-460nm 蓝色：460nm-430nm 紫色：430nm-380nm (3)紫外线 近紫外：380nm-300nm 中紫外：300nm-200nm 真空紫外：200nm-10nm 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 各种波长的电磁波中，能为人所感受的是 (390—760)nm的窄小范围． 对应的频率范围是 　　  = （）1014 HZ ． 这波段内电磁波叫可见光，在可见光范围内，不同频率的光波引起人眼不同的颜色感觉． 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 互相作用和交变的电场和磁场的总体称为电磁场,交变电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播即形成电磁波． 积分形式的麦克斯韦方程组 （1-1） 公式(1-1)是法拉第电磁感应定律的积分形式,其意义是:变化的磁场可产生电场.负号表示感应电动势具有阻碍磁场变化的趋势.  （1-2） 公式(1-2)是电场高斯定律的积分形式,该式表示自体积V内部通过闭合曲面A向外流出的电通量等于A包围的空间中自由电荷的总数. 公式(1-3)是磁场的高斯定律,表示通过闭合曲面A流出和流入的磁通量相等. 公式(1-4)是全电流定律,说明稳恒电流和变化的电场都会在周围产生磁场. 微分形式的麦克斯韦方程组: （1-5） （1-6） （1-7） （1-8） 。 符号的意义： 哈密顿算符： 具有矢量和求导的双重功能 散度： 是“标量积” 一个矢量在某点的散度表征了该点“产生”或“吸收”这种场的能力(即矢量从该点发散或会聚与该点的性质)若一个点的散度为零则该点不是场的起止点． 称为 的散度,空间某点的散度描述了 矢量从该点发散或会聚与该点的性质. 旋度的计算： 旋度： 是“矢量积” 　　一个矢量场在某点的旋度描述了场在该点周围的旋转情况。 微分形式的麦克斯韦方程组的物理意义 公式(1-5)表示空间某点磁感应强度的变化会在周围产生一个环形电流. 公式(1-6)表示电位移矢量是由正电荷所在点向外发散或向负电荷所在处汇聚. 公式(1-7)表示磁场是无源场. 公式(1-8)说明环形磁场可由传导电流产生,也可由位移电流产生. 麦克斯韦方程组中涉及的函数有E，D，B，H，和J, 等除以上等式外，它们之间还有一些与电磁场所在媒质的性质有关的联系，称为物质方程 在一般情况下，介质的光学特性具有不均匀性，ε、μ和σ应是空间位置的坐标函数，即应表示为ε(x,y,z),μ(x,y,z)，σ(x,y,z)；若介质的光学特性是各向异性的，则ε、μ和σ应当是张量，物质方程应表示如下： 麦克斯韦（)简介 (1831--1879) 一、生平 在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年，麦克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲是个机械设计师，很赏识自己儿