《光辐射的电磁理论》PPT课件

利用矢量恒等式 E E 2E
亥姆霍兹方程可改写为

2
E
(r)


2

0~r
E
(r
)

0
上式平面波解E的(r一,t般) 形 式E为0ei(tkr0 )
球面波解的一般形式为

E(r, t)

E0 r
ei (tkr0 )
引入复相对介电系数
~r
r

i
0
r
i r
(2.1-2)
式可改写为



E
(r)


2

0~r
E
(r)

0
这就是光辐射满足的亥姆霍兹方程。
(2.1-3) (2.1-4)
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3. 均匀介质中的平面波和球面波
对于各向同性的无吸收介质， E 0
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2.1 光辐射的电磁理论
光辐射是电磁波，它服从电磁场基本规律。 由于引起生理视觉效应、光化学效应以及探测器 对光频段电磁波的响应主要是电磁场量中的电矢 量韦方，因程此求，解光光辐辐射射的场电量磁E 理的论变主化要规是律应。用麦克斯
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1. 光辐射的波动方程
零，这时，界面两侧的切向分量以及的 法向分量均连续。
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光源
传输
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第二章 光辐射的传播
章节内容
2.1 光辐射的电磁理论 2.2 光波在大气中的传播 2.3 光波在电光晶体中的传播
2.4 光波在声光晶体中的传播 2.5 光波在磁光介质中的传播
2.6 光波在光纤波导中的传播 2.7 光波在非线性介质中的传播 2.8 光波在水中的传播
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知识要点
主要讲授光辐射在电磁理论，以及其在各种介质 中的传播规律与分析方法。 1. 基本要求 1、牢固掌握光辐射的电磁理论。 2、牢固掌握光波在常见电介质中的传播规律。 2. 重点、难点 重点：光波在大气、电光晶体、声光晶体、磁光介质、 光纤波导、非线性介质和水中的传播特性 难点：频率、相位调制原理、脉冲调制原理，光束扫 描技术
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对导体，
J
t
项起主要作用。
对绝缘体（ J
=0），

2P t 2
项起主要作用。
对于半导体，两项都起重要作用。
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2. 光辐射场的亥姆霍兹方程
对于简谐波场，场量可表示为
E(r,
t)

E
(r
)e
it
则(2.1-1)式中电场量的时间因子可以消去，得到 E(r) ( 200r r i 0r )E(r) 0 (2.1-2)
1，1，1
Et
2，2，2
En
图 界面上电场的法向和切向分量
D1n D2n s
E1t E2t 0

(2.1-8)
式中s为界面面电荷密度。
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1，1，1
Et
2，2，2
En
图 界面上电场的法向和切向分量
在光学波段经常遇到的情况是s等于
式中 k为波矢量，0为初相。
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(2.1-5) (2.1-6) (2.1-7)
4. 电磁场的边界条件
在光电子技术的许多实际应用中，经常涉及在两 种或多种物理性质不同的介质交界面（在该处ε、μ发 生突变）处光辐射场量之间的关系。这时，求解麦克 斯韦方程需要考虑边界条件。
如图所示，光辐射场的边界条件可以直接由麦克 斯韦方程推得：
在无源（ρ=0）非磁性介质中，运用麦克斯
韦方程并经一系列数学运算可以得到电场量所满 足的微分方程

E


0
2E t 2


2P t 2


J t
(2.1-1)
这就是光辐射普遍形式的波动方程。
方程右边两项反映物质对光辐射场量的影响，起 “源”的作用，分别由极化电荷与传导电流引起。