光電子學(xué)(第一章1)

1、 光電子學(xué)基礎(chǔ) 第一章 光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ) 第一講 湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院，王玲玲2016 年 03 月物理與微電子科學(xué)學(xué)院School of Physics and MicroelectronicsScience王玲玲王玲玲 QQ：512897575 辦公室：知新樓辦公室：知新樓 203 課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：http:/ 二、前 言 第一章 光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1-6 譜線形狀和寬度 1-5 自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射 1-4 黑體輻射 1-3 熱輻射的一般概念 1-2 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-7 均勻加寬和非均勻加寬 1-8 輻射的經(jīng)典理論 1-1

2、光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說 2-3 介子中的增益飽和與燒孔效應(yīng)介子中的增益飽和與燒孔效應(yīng) 2-2 光在介質(zhì)中的小信號(hào)增益光在介質(zhì)中的小信號(hào)增益 2-1 粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布 第二章 介質(zhì)中的光增益一、講授內(nèi)容（2）二、前 言 第三章 激光振蕩與工作特性一、講授內(nèi)容（3）二、前 言 3-5 激光的橫模及高斯光束 3-4 激光的縱模與頻率特性 3-3 激光產(chǎn)生的閾值條件激光產(chǎn)生的閾值條件 3-2 光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔 3-1 激光的特性激光的特性 3-6 連續(xù)激光器的輸出功率與最佳透過率 4-7 光纖損耗與色散 4-6 光纖中電磁波模式理論 4-4 矩形介質(zhì)波導(dǎo)基本概

3、念 4-3 平板波導(dǎo)的電磁理論 4-2 介質(zhì)平板光波導(dǎo)的射線分析方法 4-1 光在介質(zhì)分界面上的反射與折射光在介質(zhì)分界面上的反射與折射 4-8 光波導(dǎo)裝置與應(yīng)用光波導(dǎo)裝置與應(yīng)用 4-5 光纖中的射線分析（上、下）光纖中的射線分析（上、下） 第四章 光輻射在介質(zhì)波導(dǎo)中的傳播一、講授內(nèi)容（4）二、前 言 5-4 光輻射的探測(cè)方法 5-3 光輻射探測(cè)過程中的噪聲 5-2 光探測(cè)的基本物理效應(yīng) 5-1 物質(zhì)中的光吸收物質(zhì)中的光吸收 第五章 光輻射的探測(cè) 一、講授內(nèi)容（5）二、前 言 6-4 倍頻和混頻 6-3 位相匹配 6-5 光參量放大與振蕩 6-6 受激散射 6-1 非線性光學(xué)的物理基礎(chǔ) 6-2

4、非線性介質(zhì)中的電磁波傳播方程 第五章 非線性光學(xué) 一、講授內(nèi)容（6）二、前 言 光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ) 11-6 譜線形狀和寬度 1-5 自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射 1-4 黑體輻射 1-3 熱輻射的一般概念 1-2 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-7 均勻加寬和非均勻加寬 1-8 輻射的經(jīng)典理論 1-1 光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說第一講要點(diǎn) 回顧麥克斯韋方程； 麥?zhǔn)戏匠虒?dǎo)出波動(dòng)方程; 解波動(dòng)方程; 電磁波性質(zhì); 介紹課程內(nèi)容物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量關(guān)系 1 3 2 光電子學(xué)教程 張季熊 編著 華南理工大學(xué)出版社 2005年1月第1版第3次印刷光電子學(xué)原理應(yīng)用 王雨三、張中華、林殿陽

5、 編著 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2005年5月第2版 2005年5月第3次印刷 教 材 參考書 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 教材及參考書 光電子技術(shù) 基礎(chǔ): 各種技術(shù)基本規(guī)律各種技術(shù)基本規(guī)律 光電子學(xué)與光電子技術(shù) 傅立葉光學(xué) 激光與紅外物理學(xué) 非線性光學(xué) 強(qiáng)光光學(xué)效應(yīng)電 光 效 應(yīng)磁 光 效 應(yīng)彈（聲）光效應(yīng)半導(dǎo)體光電子學(xué) 光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)發(fā) 光 效 應(yīng)非線性光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)

6、波光學(xué) 非線性光學(xué)效應(yīng)介質(zhì)導(dǎo)波效應(yīng)光電子學(xué) 混頻移頻鎖模調(diào)激光Q 光載波源 復(fù)用傳感調(diào)制偏轉(zhuǎn)開關(guān)光信號(hào)加載 反饋中繼偏振隔離耦合波導(dǎo)光信號(hào)傳輸 存儲(chǔ)全息濾波共軛頻譜卷積相關(guān)邏輯延遲放大補(bǔ)償整形解調(diào)光信號(hào)處理 探測(cè)顯示光信號(hào)接收 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 光源傳輸調(diào)制探測(cè)成像顯示光電子技術(shù) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

7、 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 按信息傳遞的各個(gè)環(huán)節(jié)劃分1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 新型光學(xué)和光電子器件光學(xué)與電子學(xué)結(jié)合光電子學(xué)研究光與研究光與物質(zhì)相互作用物質(zhì)相互作用新興學(xué)新興學(xué)科，科，電子技術(shù)在光頻電子技術(shù)在光頻

8、波段延續(xù)與發(fā)展。波段延續(xù)與發(fā)展。 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 研究光（相干光）研究光（相干光）產(chǎn)生，傳輸，控制產(chǎn)生，傳輸，控制和探測(cè)技術(shù)。和探測(cè)技術(shù)。 定義定義 課程做到： 1p 基礎(chǔ)知識(shí)傳授： p 物理概念及物理概念及理論方法；理論方法； 2p 理論與實(shí)踐結(jié)合： p 光電子學(xué)在光電子學(xué)在有關(guān)領(lǐng)域應(yīng)有關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用用。 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1

9、-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 出發(fā)點(diǎn)： 一完整信息系統(tǒng)包括光載波源，光信號(hào)傳播，光信號(hào)調(diào)制，光信號(hào)探測(cè)與解調(diào)。太赫茲科學(xué)（太赫茲科學(xué)（THzTHz）THz Gap宏觀電子學(xué)向微觀宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)過渡光子學(xué)過渡頻段頻段 所有大分子的所有大分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)頻率頻率 電子，信息，生命，國防，航天應(yīng)用前景 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-

10、4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 狗紅外線照片 紅外線（紅外線（Infrared）：）： 介微波與可見光間EM波，760nm-1mm，比紅光長非可見。覆蓋物體發(fā)熱輻射波段。穿透比紅光長非可見。覆蓋物體發(fā)熱輻射波段。穿透云霧霧能力比可見能力比可見光強(qiáng)光強(qiáng)紅外光，紅外光，通訊通訊，探測(cè)，探測(cè)，醫(yī)療醫(yī)療，軍事用。 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀

11、和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 課程介紹： 1 2 3 4 輻射概念，光產(chǎn)生、傳輸、探測(cè)為線索，闡述： 激光產(chǎn)生原理與特原理與特性、性、 光在介質(zhì)中傳輸特性及 光探測(cè)原理原理與方法、與方法、非線性光非線性光學(xué)；學(xué)； 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 注重注重 例例: 太陽能電池太陽能電池 內(nèi)容內(nèi)容 介紹光電子學(xué)；

12、物理概念， 理論聯(lián)系實(shí)際， 涉光電子學(xué)領(lǐng)域。 工作原理，效應(yīng)： 1. 光熱光熱 2. 光電光電 3. 光化光化 使學(xué)生了解使學(xué)生了解 光電子學(xué)研究對(duì)象 范圍及 應(yīng)用 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 電磁波理論 半導(dǎo)體物理 固體物理 激光物理 先修課程 物理光學(xué) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和

13、受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 3. 激光特性激光特性4. 激光應(yīng)用 2 3 1 激光基礎(chǔ)： 愛因斯坦受受激激 輻射理論輻射理論 第一臺(tái)激光器發(fā)明： 1960梅曼紅寶石激光器 激光特性： p 單色性好 p 方向性好 p 亮度高 p 高量子 簡并度 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 1. 激

14、光理論基礎(chǔ)激光理論基礎(chǔ)2. 第一臺(tái)激光器發(fā)明第一臺(tái)激光器發(fā)明 激光器受激發(fā)射放大受激發(fā)射放大相干光輻射（激光）。19600707，紐約時(shí)報(bào)，梅曼世界第一臺(tái)紅寶石激光器，閃光燈光線閃光燈光線照進(jìn)手指大紅寶石晶體，相干脈沖激光束。頂尖實(shí)驗(yàn)室爭(zhēng)第一發(fā)明激光器，其雇主洛杉磯休斯飛機(jī)公司勝。 1激光“鐳射”，“萊塞”，LASER，Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，“受激輻射光放大”。1964錢學(xué)森錢學(xué)森“光受激發(fā)射光受激發(fā)射”“激光激光”。 2希爾希爾多梅曼多梅曼 19600517，Ted Maiman（梅曼）發(fā)明第一臺(tái)激光器

15、 固體激光器 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 3. 激光特性激光特性4. 激光應(yīng)用 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 1. 激光理論基礎(chǔ)激光理論基礎(chǔ)2. 第一臺(tái)激光器發(fā)明第一臺(tái)激光器發(fā)明 1 2 3 4 工業(yè)加工 軍事 醫(yī)學(xué) 存儲(chǔ)信息 光通訊 15 核聚變 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激

16、輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 3. 激光特性4. 激光應(yīng)用激光應(yīng)用 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 1. 激光理論基礎(chǔ)2. 第一臺(tái)激光器發(fā)明 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 3. 激光特性4. 激光應(yīng)用激光應(yīng)用 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 1. 激光理論基礎(chǔ)激光理論基礎(chǔ)2. 第一臺(tái)激光器發(fā)明第一臺(tái)激光器發(fā)明 激光束聚焦材料表面熔化，光束與材料沿定軌

17、跡相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成一定形狀切縫； p 金剛石鋸片激光焊接成套設(shè)備和 p 焊成金剛石鋸片 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 工業(yè)加工工業(yè)加工 軍事上應(yīng)用 醫(yī)學(xué)上應(yīng)用 3. 激光特性4. 激光應(yīng)用激光應(yīng)用 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 1. 激光理論基礎(chǔ)2. 第一臺(tái)激光器發(fā)明 改善和火焰切割切口質(zhì)量，推廣氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。 武器1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)

18、與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 工業(yè)加工 軍事上應(yīng)用軍事上應(yīng)用 醫(yī)學(xué)上應(yīng)用 3. 激光特性4. 激光應(yīng)用激光應(yīng)用 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 1. 激光理論基礎(chǔ)2. 第一臺(tái)激光器發(fā)明 雷達(dá) 測(cè)速 測(cè)距 通信敵我識(shí)別 制導(dǎo) 穿耳 打孔（治結(jié)石） 生命科學(xué) 診斷診斷 治療治療 齲齒診斷 脫礦，淺齲脫礦，淺齲 隱匿齲隱匿齲 治療 切割切割 充填物聚合，窩洞處理充填物聚合，窩洞處理 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻

19、射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 工業(yè)加工 軍事上應(yīng)用 醫(yī)學(xué)上應(yīng)用醫(yī)學(xué)上應(yīng)用 3. 激光特性4. 激光應(yīng)用激光應(yīng)用 一、講授內(nèi)容 二、前二、前 言言 1. 激光理論基礎(chǔ)2. 第一臺(tái)激光器發(fā)明 其出現(xiàn)，強(qiáng)武器，物質(zhì)世界深入探索，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)新規(guī)律 無法以無法以宏觀理論宏觀理論為基礎(chǔ)為基礎(chǔ) 微粒微?；蚧虿▌?dòng)說波動(dòng)說完善，完善，波粒二象性描述微觀世界物質(zhì)波動(dòng)特征；光波粒二象性，波動(dòng)微粒性，光波粒二象性，波動(dòng)微粒性，光與物質(zhì)互作用現(xiàn)象及規(guī)律光與物質(zhì)互作用現(xiàn)象及規(guī)律深認(rèn)識(shí)深認(rèn)識(shí) 光認(rèn)識(shí)經(jīng)歷 微粒說

20、 納米電子學(xué)波粒二象性 波動(dòng)說 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 J-I 密度 -電荷密度 總結(jié)變化E 產(chǎn)生H，變化H 產(chǎn)生E，描述EM場(chǎng)規(guī)律。麥克斯韋方程： 目的：麥克斯韋方程導(dǎo)出波動(dòng)方程！克斯韋方程導(dǎo)出波動(dòng)方程！ )411 () 311 (0)211 () 111 (DBtBEtDJH旋度 散度 詹姆斯詹姆斯克拉克克拉克麥克斯韋麥克斯韋 一、光的波動(dòng)學(xué)一、光的波動(dòng)學(xué)說說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程

21、與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 麥克斯韋創(chuàng)立EM波理論，光 短EM波，適光波。 1 電場(chǎng)量 2 磁場(chǎng)量 電場(chǎng)強(qiáng)度E 電位移矢量D 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 磁場(chǎng)強(qiáng)度H 關(guān)系: 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 000D d sqBE d ld stB d sDHd lId st 積分形式 一、光的波動(dòng)學(xué)一、光的波動(dòng)學(xué)說說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁

22、波的有關(guān)性質(zhì) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 10. 圓周長公式圓周長公式 c=2 r 9. 傅立葉變換傅立葉變換8. 德布羅意方程組德布羅意方程組 p=hk, E=h 7. 1+1=26. 薛定諤方程薛定諤方程5. 質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E0=mc24. 勾股定理勾股定理 / 畢達(dá)哥拉斯定理畢達(dá)哥拉斯定理 a2+b2=c23. 牛頓第二定律牛頓第二定律 F=ma2. 歐拉公式歐拉公式 ei +1=01.

23、麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組世界上最偉大十個(gè)公式：世界上最偉大十個(gè)公式：一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 u高斯定理：高斯定理： u斯托克斯定律：斯托克斯定律： SdAVdASVSdAldASl高斯定理，斯托克斯定律散度散度 旋度旋度 用到解麥克斯韋方用到解麥克斯韋方程組得波動(dòng)方程中程組

24、得波動(dòng)方程中 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 000DBEtBDHjt J-I 密度 散度 -電荷密度 旋度 微分形式微分形式 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與

25、光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 （）隨時(shí)間變化電場(chǎng)激發(fā)渦旋磁場(chǎng)）隨時(shí)間變化電場(chǎng)激發(fā)渦旋磁場(chǎng) （）電位移矢量或電感應(yīng)強(qiáng)度）電位移矢量或電感應(yīng)強(qiáng)度D 散度散度=電荷密度電荷密度 0，電場(chǎng)有源場(chǎng)電場(chǎng)有源場(chǎng) （） 磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度B 散度散度0，磁場(chǎng)無源場(chǎng)，磁場(chǎng)無源場(chǎng) 麥克斯韋方程組物理意義 15. 1000tDjHBtBED（）隨時(shí)間變化磁場(chǎng)激發(fā)渦旋電場(chǎng)）隨時(shí)間變化磁場(chǎng)激發(fā)渦旋電場(chǎng) 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程

26、與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 不符合右手法則（負(fù)）不符合右手法則（負(fù)）tB符合右手法則（正）符合右手法則（正） tD電場(chǎng)與磁場(chǎng)激發(fā) 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概

27、念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 電磁波傳播 電場(chǎng)電場(chǎng)波源波源磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng))711 ()611 ()511 (EJHBED確定E 和H，了解D 與E, B 與H 關(guān)系。 靜止線性，各向同性介質(zhì)： 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)

28、說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) ）（811tBE）（911)(222tDtJEE(1 1 1)DHJt (1 16)BH ）（211tBE 麥?zhǔn)戏匠探M 麥?zhǔn)戏匠探M導(dǎo)出E 或H 變化規(guī)律。 求E 微分方程。（1-1-2）E 旋度兩邊取旋度： (1-1-6)及(1-1-1)帶入(1-1-8)： 各向異性，D(1-1-5)帶入(1-1-9)。D： 0(1 1 10)DEP P 電極化強(qiáng)度，P 與E 關(guān)系： 0(1 1 11)PE (1 1 5)DE 電極化率。(1-1-10)代入(1-1-9)： 222022()(1 1 12)JEPEEtt

29、t EEEEEDr0000)1 (EEE2)(1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 由222022(1 1 13)EPEtt 解E 波動(dòng)方程（E 滿足微分方程）。 假設(shè)： 0D0E2341 2 EM波傳播（不在源區(qū)），J=0, =0 均勻介質(zhì)極化，束縛體電荷密度 0PP(1-1-12)寫成：

30、 (1 1 5)DE 222022()(1 1 12)JEPEEttt 0=0=目的：麥?zhǔn)戏匠虒?dǎo)出波動(dòng)方程！麥?zhǔn)戏匠虒?dǎo)出波動(dòng)方程！1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 導(dǎo)出 2220(1 1 14)EEt 222022(1 1 13)EPEtt 222210(1 1 15)EEt -E 波動(dòng)

31、方程 解E 波動(dòng)方程： 寫為： 0(1 1 11)PE 由 0)1 ()()(22222022202002220222222202EtEEtEEtEEEtEPEtEtPtEEr(1-1-15)：v電磁波介質(zhì)中傳播速度12v1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 或 )1 (0(1-1-14)：

32、 (1-1-13)：含P 微商源項(xiàng)，介質(zhì)極化影響 2220(1116)HHt )411 () 311 (0)211 () 111 (DBtBEtDJH麥?zhǔn)戏匠潭€(gè)E，二個(gè)M量。 類似，H 波動(dòng)方程： )1511 (012222tEE-E波動(dòng)方程 )1411 (0222tEE1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.

33、 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 界面兩側(cè)電場(chǎng)法向分量躍變 電場(chǎng)切向分量連續(xù) 磁場(chǎng)切向分量躍變 磁場(chǎng)法向分量連續(xù) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) snnDD21)1711 ()(21sDDnnnBB21)1811 (0)(21BBnttEE21)1911 (0)(21EEnsttJHH21)2011

34、 ()(21sJHHn波動(dòng)方程與邊界條件結(jié)合，定EM場(chǎng)分布。邊界條件： s, Js 電荷面密度和面I 密度n 法線向t 切線向 s, Js 為0 Dn, Ht 界面連續(xù) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 2220(1116)HHt 2220(1 1 14)EEt (1 1 1)(1 12)0(1 1 3)(1 14)DHJtBEtBD 麥克斯韋方程： 波動(dòng)方程： 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)

35、說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì) 問題：為什么光波是電磁波？ 1) 麥?zhǔn)戏匠掏茖?dǎo)，電磁波在真空速度麥?zhǔn)戏匠掏茖?dǎo)，電磁波在真空速度 smc800101074.31sm8103 實(shí)測(cè)真空光速實(shí)測(cè)真空光速 cv 2) 麥?zhǔn)戏匠蹋弘姶挪ㄔ诮橘|(zhì)中速度麥?zhǔn)戏匠蹋弘姶挪ㄔ诮橘|(zhì)中速度 cv （非鐵磁質(zhì)（非鐵磁質(zhì) =1） ncvvcn折射率折射率 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論

36、 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) 如光波是電磁波，比較上兩式：ncvcv和n 測(cè)測(cè)無極分子物質(zhì)無極分子物質(zhì): 計(jì)算與測(cè)量折射率很好符合；計(jì)算與測(cè)量折射率很好符合； 測(cè)測(cè)有極分子物

37、質(zhì)：有極分子物質(zhì)： 用光波頻值，成立。用光波頻值，成立。 平時(shí)平時(shí) 低頻電場(chǎng)測(cè)量。低頻電場(chǎng)測(cè)量。 故麥克斯韋判定，光波電磁波。故麥克斯韋判定，光波電磁波。 麥?zhǔn)详P(guān)系麥?zhǔn)详P(guān)系太赫茲科學(xué)（太赫茲科學(xué)（THzTHz）THz Gap所有大分子的所有大分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)頻率頻率 E 和H 振動(dòng)向 光傳播向k 平面內(nèi) E, H 互 E, H, k 右手螺旋關(guān)系 光是橫波光是橫波 能量密度與能流密度概念 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻

38、加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 時(shí)諧變電磁場(chǎng)概念 電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量關(guān)系 平面波極化 光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù) 光在自由空間中傳播是行波 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) 電磁波橫波，電磁波橫波，E, H 和和K（K 傳播向單位矢量）兩兩傳播向單位矢量）兩兩 HEHE0000 E 和和H 幅度成比例，復(fù)角等幅度成比例，復(fù)角等 S與w關(guān)系：221(1 1 21)21(1 1 22)2emwEwH (1 123)SEH (1 124)Swv mewww1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量

39、狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 光是橫波 能量密度與能流密度概念能量密度與能流密度概念 時(shí)諧變電磁場(chǎng)概念 電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量關(guān)系 平面波極化 光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù) 光在自由空間中傳播是行波 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) 能量密度能量密度(w)：電磁場(chǎng)內(nèi)單位體積，電磁場(chǎng)內(nèi)單位體積，電場(chǎng)電場(chǎng)能量密度能量密度(we)與與磁場(chǎng)磁場(chǎng)能量密度能量密度(wm)和和: 能流密度(S)：單位t 通過 光傳

40、播方向單位面積能量坡印廷矢量坡印廷矢量 v光（電磁波）電磁波）在介質(zhì)傳播速度 00800113 10/vkcm s 介質(zhì)中真空中p 沿z傳播光波, 電場(chǎng)變化： - 光，沿光，沿z 傳播單位距離引相位變，傳播單位距離引相位變， 0-初位相初位相 0( , )cos()(1 125)mE z tEtz 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 光是橫波 能量密度與能流密度概念 時(shí)諧變電磁場(chǎng)概念時(shí)諧變電磁場(chǎng)概念 電場(chǎng)矢

41、量與磁場(chǎng)矢量關(guān)系 平面波極化 光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù) 光在自由空間中傳播是行波 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) 時(shí)諧變電磁場(chǎng)，復(fù)數(shù)方便： 00()()( , )ReRe(1 1 26)jtzjzj tmmE z tE eE ee 222)/(vk)2711(Re),(tjmeEtzE2220(1 1 14)EEt 解E波動(dòng)方程: 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均

42、勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 光是橫波 能量密度與能流密度概念 時(shí)諧變電磁場(chǎng)概念 電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量關(guān)系電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量關(guān)系 平面波極化 光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù) 光在自由空間中傳播是行波 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) )(0zjmeEmE Re-實(shí)部, 括號(hào) 定義復(fù)振幅, (1-1-26): 22( )( )0(1 1 28)E rk E r 復(fù)數(shù)，波動(dòng)方程(1-1-14)： 亥姆霍茲方程，解諧場(chǎng)分布方程。p 光真空傳播, )(120/000Z1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-

43、2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 光是橫波 能量密度與能流密度概念 時(shí)諧變電磁場(chǎng)概念 電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量關(guān)系 平面波極化平面波極化 光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù) 光在自由空間中傳播是行波 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) )2911 (/Zp 每對(duì)E 與H 復(fù)振幅比波阻抗： p 傳播向平面，E 與H 。電場(chǎng)y 分量，磁場(chǎng)x 分量， Ey 與Hx 一組分量波，Ex 與Hy 另一組。

44、E, H, k滿足右手螺旋定則, + /p 無損耗介質(zhì), 實(shí)數(shù)，空間任點(diǎn)電與磁場(chǎng)同相位，電與磁場(chǎng)量瞬時(shí)值比=波阻抗。21/2()(1 1 30)j 理想介質(zhì), =0, 光傳播隨空間坐標(biāo)(z)變化律 , 介電常數(shù)實(shí)數(shù); zje1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 光是橫波 能量密度與能流密度概念 時(shí)諧變電磁場(chǎng)概念 電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量關(guān)系 平面波極化 光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù)光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù) 光在自由空間

45、中傳播是行波 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) -損耗系數(shù)， -相位常數(shù) 0)/1 (jc0)3111 (zjazee 非理想介質(zhì), , 介質(zhì)常數(shù)復(fù)數(shù), , 由(1-1-30), , 光在介質(zhì)傳播衰減, 光隨z變化律: /2 為 光, 沿z傳播單位距離相位變, . p 光傳播，場(chǎng)量（電例）在一方向振動(dòng)，線性極化波。線性極化波。p 特點(diǎn)：x, y場(chǎng)量相位差0或 兩分量相位差不滿足兩分量相位差不滿足0或或 ，振動(dòng)矢量方，振動(dòng)矢量方向隨光傳播變，向隨光傳播變，橢圓偏振光（圓），橢圓偏振光（圓），極極化研究光傳播特性化研究

46、光傳播特性 p 部分透過，1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 光是橫波 能量密度與能流密度概念 時(shí)諧變電磁場(chǎng)概念 電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量關(guān)系 平面波極化 光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù) 光在自由空間中傳播是行波光在自由空間中傳播是行波 一、光的波動(dòng)學(xué)說一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2. 電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波的有關(guān)性質(zhì) 傳播遇介質(zhì)： p 部分反回。 p 滿足一定邊界條件，邊界條件，入射與反

47、射波合成駐波，穩(wěn)定光強(qiáng)分布。 1 2 3 4 光波動(dòng)學(xué)說： 解釋光干涉, 衍射成功成功； 輻射困難困難。 核心： 以光速c 傳播物質(zhì)單元光子組成。 光有波動(dòng)，也有粒子性光子學(xué)說。 新學(xué)科：納米光子納米光子學(xué)學(xué) 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說二、光子學(xué)說 光子有動(dòng)量P, )3311 (0knhp3. 光子的簡并度光子的相干性4. 光子的相干性 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子

48、學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 光子的基本屬性光子的基本屬性2. 光波模式，光子態(tài)和相格 )3211 (h 光子有能量 , 0n0)/2(,2/nkh光子行進(jìn)方向單位矢量,00m 光子有質(zhì)量m, 靜態(tài) 光子兩獨(dú)立偏振態(tài)，自旋。 )3411 (2 mc 動(dòng)態(tài)質(zhì)量與能量關(guān)系v 微觀粒子: 測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系限制, 位置與動(dòng)量不同時(shí)確定：(1 135)xx ph -同時(shí)同時(shí)確定，-不精確精確確定 ）（

49、37113zyxppphzyxv 三維坐標(biāo)： 范圍，光子態(tài)不精確精確確定)3611 (3hpppzyxzyxv h3相體積(相格)光子分辨最小尺度, 光子態(tài)對(duì)應(yīng)不是點(diǎn)，相格（不是點(diǎn)，相格（六維空間體積），坐標(biāo)空間體積： z 一光子占相體積h3, 空間V光子態(tài)數(shù): 234( )(1 339)p dpVG p dph )401(4)(233dcVndP光子兩偏振態(tài)：3238( )(1 1 41)nPddc 單位體積, 光子集合 范圍狀態(tài)數(shù)態(tài)密度。d態(tài)密度： 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收

50、和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 3. 光子的簡并度光子的相干性4. 光子的相干性 一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 光子的基本屬性光子的基本屬性 2. 光波模式，光子態(tài)和相格 24(1 138)p dpV z 空間V, 動(dòng)量處pp+dp光子集合對(duì)應(yīng)相體積: cnhp/ddvcnhdp)/(z 以 (n折射率)及 代上式, 光子 范圍光子態(tài)數(shù)（態(tài)密度）： u有限空間，光子數(shù)按動(dòng)量或 分布？ T 光束dt 內(nèi)占體積(ds c/n)dt(ds光束截面積), 立體角 內(nèi), dt 通過ds 面積 在 范圍光子： dd222222( )(1

51、142)nFd ddsdtd ddsdtd ddsdtc 相格： )4111 (8)(233dcndP光子有兩偏振態(tài)態(tài)密度：dsdtncddvPdsdtdvdvF4)()(1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 3. 光子的簡并度光子的相干性4. 光子的相干性 一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 光子的基本屬性2. 光波模式，光子態(tài)和相格光波模式，光子態(tài)和相格 T 光子在一定立體角范圍行進(jìn)，態(tài)密度乘

52、 . 4/ 一相格代表光子量子態(tài)，不同電子，多光子處同量子態(tài)簡簡并，并，同量子態(tài)平均光子數(shù)光源光子簡并度。簡并度。 例: 可見光, , T=300K, , 常T光頻光子簡并度低, 特殊法光頻段獲高簡并度, 新光源光受激輻射光受激輻射(激光). m6 .03510n1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 3. 光子的簡并度光子的相干性光子的簡并度光子的相干性4. 光子的相干性 一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說二、光子

53、學(xué)說 1. 光子的基本屬性2. 光波模式，光子態(tài)和相格 )4311 (11/kThen 輻射體（黑體）處一狀態(tài)平均光子數(shù)： 光子服從波色波色愛因斯坦分布律，愛因斯坦分布律，允許兩個(gè)以上光子處同量子態(tài)，或同相格。 34 1 新光源單色亮度高, 2 3 大量光子處同量子態(tài), 確定運(yùn)動(dòng)方向, 和偏振相干相干光光, 比普通光多優(yōu)越性. 1-1光波動(dòng)理論光波動(dòng)理論與光子學(xué)說與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 3. 光子的簡并度光子的相干性4. 光子的相

54、干性光子的相干性 一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說二、光子學(xué)說 1. 光子的基本屬性2. 光波模式，光子態(tài)和相格 一、講授內(nèi)容(1) 二、前 言 第一章 光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1-6 譜線形狀和寬度 1-5 自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射 1-4 黑體輻射 1-3 熱輻射的一般概念 1-7 均勻加寬和非均勻加寬 1-8 輻射的經(jīng)典理論 1-1 光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說1-2 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài) 1. 主量子數(shù)主量子數(shù) n2. 副量子數(shù)副量子數(shù) l 描述一電子微觀態(tài)多量子數(shù)表示: 1 2 3 4 主量子數(shù) n 副量子數(shù) l 自旋量子數(shù) s 內(nèi)量子數(shù) j 5 軌道及自旋 動(dòng)量矩在磁場(chǎng)向投影量子化, 磁

55、量子數(shù)ml , ms及總動(dòng)量矩磁 量子數(shù)mj 一、原子的微觀結(jié)構(gòu)一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài) 1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 3. 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) s4. 內(nèi)量子數(shù)內(nèi)量子數(shù) j四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律 v 電子填充規(guī)律: 能量最低原理 泡利不相容原理 系統(tǒng), 不能兩或兩個(gè)以上電子處同量子態(tài); 電子填充能級(jí)低, 低態(tài)填滿, 再填高態(tài). 兩規(guī)律符合,

56、 殼層填充電子數(shù)不完全按上殼層微觀狀態(tài)數(shù)進(jìn)行. 如: n=1-4, 填滿殼層電子數(shù)分別：2, 8, 8, 18， 電子繞核旋轉(zhuǎn)軌道不同，某些高殼層低電子能級(jí)比低殼層高電子能級(jí)更低能級(jí)交錯(cuò)。能級(jí)交錯(cuò)。 1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài) 四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律 p 泡利不相容原理、p 能量最低原理； 支殼

57、層能量由低到高： 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p 電子填充支殼層先后順序， 確定原子電子基本組態(tài)； Si（Z=14）基態(tài)電子組態(tài) 1s22s22p63s23p2簡3s23p2， 能級(jí)被電子填滿殼層省去；能級(jí)被電子填滿殼層省去；一3p 電子激發(fā)到4s 態(tài)， Si原子電子態(tài)；3s23p4s； 123磁性出現(xiàn)在有內(nèi)不滿殼層電子態(tài)元素，如： 鐵族鐵族3d，稀土4f 41-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1

58、-8輻射的經(jīng)典理論 一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài) 四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律 分子總能: veWWWW)521.(2, 1, 0)21(nan，r0附近振動(dòng)能級(jí)： )721 (1n振動(dòng)狀態(tài)改變選擇定則: )921 (1m同一電子運(yùn)動(dòng)能量范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)動(dòng)能量改變選擇定則： ）（621)21()21(2bnanWv振動(dòng)位移大，互作用力不是準(zhǔn)彈性力 )821 (,.2, 1, 0) 1(22mmmJhW，J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 分子只轉(zhuǎn)動(dòng)能量量子化: 1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)能量狀態(tài) 1-3熱輻

59、射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài) 四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律 We電子運(yùn)動(dòng)能運(yùn)動(dòng)能 W 轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)能W 振動(dòng)能振動(dòng)能固體能帶如何形成？構(gòu)成？ 能帶結(jié)構(gòu)形成： 1231 固體多原子組成，含原子核及多電子，電子運(yùn)動(dòng)態(tài)多體問題，無法嚴(yán)無法嚴(yán)格解。格解。 2 多體簡化多電子，簡化多電子，電子原子核勢(shì)場(chǎng)及其他電子平均場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，多電子簡化單電子運(yùn)動(dòng)簡化單電子運(yùn)動(dòng)態(tài)。態(tài)。1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說 1-2物質(zhì)

60、微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)能量狀態(tài) 1-3熱輻射一般概念 1-4黑體輻射 1-5自發(fā)輻射, 受激吸收和受激輻射 1-6譜線形狀和寬度 1-7均勻加寬和非均勻加寬 1-8輻射的經(jīng)典理論 一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài) 四、固體的能帶四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律 原子間靠近，相互作用強(qiáng)。 運(yùn)動(dòng)致能級(jí)分裂，原孤立原子存在，能級(jí)離散，聚合，共有化電子占據(jù)同能級(jí)，不符合泡里不相容原理，互作用，一能級(jí)分成多接近能級(jí)，能帶。光學(xué)現(xiàn)象：電荷能帶間躍遷造成。 外層電子共有化外層電子共有化 能帶的形成 大量原子排成晶體，電子受本身原子核作用，受鄰近原子核影響，內(nèi)層