光電子技術第一章

光電子技術第一章第一頁，共八十八頁，2022年，8月28日教材的結構和內(nèi)容安排第一章電磁波與光波（光的理論基礎）第二章激光與半導體光源第三章光波的傳輸?shù)谒恼鹿獠ǖ恼{(diào)制第五章光波的探測與解調(diào)教材：光電子技術（２版），潘英俊，重慶大學出版社出發(fā)點：完整的光信息系統(tǒng)包括光載波源，光信號傳播，光信號調(diào)制，光信號的探測與解調(diào)等基本部分。未來是光通信的世界。

第二頁，共八十八頁，2022年，8月28日第一章電磁波與光波1.1麥克斯韋方程組及其物理意義麥克斯韋方程組的積分形式麥克斯韋方程組的微分形式介質(zhì)方程與邊界條件1.2平面電磁波的性質(zhì)1.3光的電磁理論與電磁波譜第三頁，共八十八頁，2022年，8月28日麥克斯韋

(英國1831~1879)貢獻：1865年預言了電磁波的存在，計算了電磁波的速度等于光速；結論：光是電磁波，揭示了光和電磁波間的聯(lián)系（1888年赫茲驗證了電磁波理論）。1873年出版了《電磁理論》，系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場理論（經(jīng)典物理學的重要支柱之一）。主要從事電磁理論、分子物理學、統(tǒng)計物理學、光學、力學、彈性理論方面的研究；建立的電磁場理論，將電、磁、光學統(tǒng)一起來，是19世紀物理學發(fā)展的最光輝的成果，是科學史上最偉大的綜合之一。

第四頁，共八十八頁，2022年，8月28日1.1麥克斯韋方程組及其物理意義

麥克斯韋方程組的積分形式第五頁，共八十八頁，2022年，8月28日庫侖（法國1736～1806）

早年就讀于美西也爾工程學校。離校后，進入皇家軍事工程隊當工程師。法國大革命時期，庫侖辭職到布盧瓦致力于科學研究。法皇執(zhí)政期間，回巴黎成為新建的研究院成員。1785~1789年，用鈕稱測量靜電力和磁力，導出著名的庫侖定律。

第六頁，共八十八頁，2022年，8月28日庫侖定律

真空中兩點電荷間作用力的大小與兩點電荷電量的乘積成正比，與距離的平方成反比；作用力的方向在兩個點電荷的連線上，同性電荷相排斥，異性電荷相吸引：

（1）推導第七頁，共八十八頁，2022年，8月28日庫侖紐稱實驗

細金屬絲下懸掛一根秤桿，秤桿一端有小球A，另一端有平衡體P，A旁有另一相同大小的固定小球B。1.先使A、B各帶一定的電荷，秤桿因A端受力而偏轉；2.轉動懸絲上端的懸鈕，使小球回到原來位置。懸絲的扭力矩等于施于小球A上電力的力矩。3.由旋鈕上指針轉過的角度和秤桿長度，可知A、B之間的作用力。PAB秤桿第八頁，共八十八頁，2022年，8月28日庫侖定律

電場強度第九頁，共八十八頁，2022年，8月28日圖示第十頁，共八十八頁，2022年，8月28日在講述靜電場的高斯定理之前，我們將借助于電場線的概念，引入電通量這個物理量。在電場中任一點處，取一塊面積元⊿S⊥，與該點場強E的方向相垂直，我們把場強大小E與面積元⊿S⊥之乘積，稱為穿過該面積元⊿S⊥的電通量，用⊿Фe表示，即第十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日非勻強電場，且S是任意曲面，圖(c)，則

若是閉合曲面，穿過閉合曲面S的電通量為：

第十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日電場中的高斯定理：通過任一封閉曲面S的電通量等于該曲面所包圍的所有電荷電量的代數(shù)和除以。與曲面外的電荷無關。靜電場是有源場

。第十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）獲得靜電場中的環(huán)路定理：靜電場中的場強沿任意閉合環(huán)路的線積分恒等于零，即“靜電場力作功與路徑無關”。它是描述靜電場規(guī)律的另一條重要定理。非穩(wěn)定條件下的環(huán)路定理：表示變化的磁場可感應出渦旋電場第十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日在電磁感應實驗中,當K閉合時,線圈1中產(chǎn)生感生電流。麥克斯韋提出：即使不存在導體回路，在變化的磁場周圍也存在一個變化的電場，這個電場稱為感生電場。感生電場也會對電荷有作用力。原因：K這是由于穿過導體回路的磁場發(fā)生變化而引起的?；芈分械母袘妱觿莘Q為感生電動勢.渦旋電場假設感生電動勢的非靜電力:感應電場施于導體中電荷的力。第十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日在導體回路不運動和回路面積不變時，有：回路中的感生電動勢為：根據(jù)電動勢的定義：

回路中的感生電動勢為：由法拉第電磁感應定律：第十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日由此得到方程：感生電場的電力線類似于磁力線，是無頭無尾的閉合曲線，呈渦旋狀，所以稱之為渦旋電場。渦旋電場永遠和磁感應強度矢量的變化連在一起。第十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日起源由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場激發(fā)電力線形狀電力線為非閉合曲線電力線為閉合曲線靜電場為無旋場感生電場為有旋場感生電場與靜電場的區(qū)別電場的性質(zhì)為保守場作功與路徑無關為非保守場作功與路徑有關靜電場為有源場感生電場為無源場靜電場感生電場第十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日說明：（1）靜電場力作功與路徑無關，表明靜電場是保守力場，是一種有勢場，即靜電場力和重力相類似，也是一種保守力。（2）靜電場的高斯定理和環(huán)路定理是描述靜電場規(guī)律的兩條基本定理。高斯定理指出靜電場是有源的；環(huán)路定理指出靜電場是有勢的，且是一種保守力場。故要完全描述一個靜電場，須聯(lián)合運用這兩條定理。第十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日磁學中的高斯定理：通過任一封閉曲面S的磁通量恒等于零。（3）獲得表示磁力線是閉合的，無頭無尾的。磁場線都是閉合曲線，故從一個閉合曲面S某處穿入的磁場線必定要從該閉合曲面的另一處穿出。第二十頁，共八十八頁，2022年，8月28日靜電場高斯定理與磁高斯定理的區(qū)別：原則差別：（1）電場線是由電荷發(fā)出的，總是源始于正電荷，終至于負電荷；故靜電場是有源場。（2）磁場線都是環(huán)繞電流的、無頭無尾的閉合曲線；故磁場是無源場，沒有與正、負電荷相對應的、分立的正、負“磁荷”(磁單極子)。第二十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日（4）獲得安培環(huán)路定律：磁感應強度沿任何閉合環(huán)路l的線積分等于穿過這個環(huán)路的所有電流強度代數(shù)和的倍。在非穩(wěn)定條件，安培環(huán)路定律需加上麥克斯韋位移電流假設：電場隨時間的變化將產(chǎn)生磁場，且傳導電流也將產(chǎn)生磁場。第二十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日安培環(huán)路定律第二十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日場、數(shù)量場、矢量場概念場的概念是指物理量在空間或部分空間中的分布，如電位場、溫度場。數(shù)量場、矢量場數(shù)量場：分布在空間的物理量是數(shù)量（又稱標量），如電位場。矢量場：分布在空間的物理量是矢量（又稱向量場），如力場、速度場、電場強度場、磁場強度場等。第二十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日第二十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日數(shù)量場的梯度

在一個數(shù)量場中（如電位分布場），場中某點的梯度是指：在該點沿某個方向上具有最大的變化率（最陡），則該最大變化率就是該點的梯度值；具有最大變化率的方向就是梯度的方向。

梯度是一個矢量，gradent(gradu)。第二十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日

梯度的表示法哈密頓算符定義為：因此某個標量場f的梯度為：第二十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日矢量場的散度概念

場中某點單位體積矢量場發(fā)散的凈通量，是標量。矢量場A的散度（divergence）縮寫為divA矢量場A的散度表示第二十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日第二十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日矢量場的旋度有些矢量場的矢量線是閉合（首尾連接）的，如恒定電流產(chǎn)生的磁力線。這種場是一種渦旋場，為了描寫渦旋特性，引入了矢量場旋度的概念。矢量場旋度：其大小是指場中某點單位面積上的最大渦旋量；其方向是具有最大渦旋時面積元的方向。旋度（rotation）縮寫為rotA。旋度的表示式第三十頁，共八十八頁，2022年，8月28日第三十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日高斯(德國1777～1855)

德國數(shù)學家、科學家，與牛頓、阿基米德被譽為三大數(shù)學家。高斯是近代數(shù)學奠基者之一，在歷史上影響之大，可和阿基米德、牛頓、歐拉并列，有“數(shù)學王子”之稱，共發(fā)表155篇論文。高斯的數(shù)學研究幾乎遍及所有領域，在數(shù)論、代數(shù)學、非歐幾何、復變函數(shù)和微分幾何等方面都做出了開創(chuàng)性貢獻，發(fā)明了最小二乘法原理?！端阈g研究》（1801）奠定了近代數(shù)論的基礎，是數(shù)論方面的劃時代之作，也是數(shù)學史上不可多得的經(jīng)典著作之一。證明了代數(shù)基本定理，得到非歐幾何的原理，發(fā)現(xiàn)了著名的柯西積分定理，發(fā)現(xiàn)橢圓函數(shù)的雙周期性。。

第三十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日高斯(Gauss)定理高斯定理是關于空間上的三重積分與其邊界上的曲面積分間的關系：描述了矢量函數(shù)沿封閉曲面S的面積分，等于矢量函數(shù)散度對該曲面包圍體積的體積分。散度是描述矢量場中一個點的特性，而高斯定理左端描述的是矢量場A在一個范圍上的特性。第三十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日斯托克斯(英國1819-1903)

英國數(shù)學物理學家，19世紀英國數(shù)學物理學派的代表人物之一，1841年畢業(yè)于劍橋大學，歷任該校教授、英國皇家學會會員、秘書和會長。與法國C.納維分別獨立導出流體力學中的納維-斯托克斯方程和小球在粘滯流體中運動的斯托克斯公式；提出過光行差理論、光衍射和晶體雙折射的動力理論；研究命名了“熒光”并發(fā)現(xiàn)了其中的斯托克斯效應（發(fā)光波長總是大于激發(fā)波長），并提倡用來對有機體作光譜分析；在大地重力測量和數(shù)學物理方法方面亦作出過貢獻，如著名的斯托克斯積分定理。以場論中關于線積分和面積分之間的轉換公式（斯托克斯公式）而聞名。第三十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日斯托克斯(Stokes)定理是關于曲面積分與其邊界曲線積分之間的關系：矢量A沿閉合周界l

的線積分，等于其旋度沿場中以l為周界的曲面的面積分。第三十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日麥克斯韋方程組微分形式及意義高斯定理：斯托克斯定律：利用高斯和斯托克斯公式，可由麥克斯韋積分式得其微分式第三十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日高斯定理的微分形式根據(jù)高斯定理，得：設自由電荷

是體分布的，為電荷的體密度，則(1.12)式的(I)式為：第三十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日安培環(huán)路定理的微分形式假定傳導電流是體分布的，其密度為，則根據(jù)斯托克斯定律第三十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日以此類推，得麥克斯韋方程組的微分形式第三十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日物理意義(Ⅰ)式：電位移矢量或電感應強度Ｄ的散度等于電荷密度，即電場為有源場。(Ⅲ)式：磁感強度Ｂ的散度為零，即磁場為無源場。(Ⅱ)式：隨時間變化的磁場激發(fā)渦旋電場。(Ⅳ)式：隨時間變化的電場激發(fā)渦旋磁場。第四十頁，共八十八頁，2022年，8月28日電場與磁場的激發(fā)不符合右手法則（為負）符合右手法則第四十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日電磁波的傳播電場波源(時間交變電流,綠色)磁場磁場磁場磁場磁場電場電場電場1865年，麥克斯韋根據(jù)方程理論預見了電磁波的存在：

電磁振源（時間交變電流或電場）->在周圍空間激發(fā)渦旋磁場(也是時變)->又在周圍空間激發(fā)渦旋電場…,->交變的渦旋電場和磁場相互激發(fā),像鏈條在空間傳播。第四十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日

1888年，赫茲在實驗上證實了該電磁波的存在。

理論->指導實驗->改變了現(xiàn)實世界

波的方向:

(1)自由空間中是各方向(與波長有關:波長較短時,波能量有指向性,如微波、光波)

(2)波導中是沿由邊界條件決定的確定方向第四十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日介質(zhì)方程與邊界條件介質(zhì)方程（物質(zhì)方程）在介質(zhì)內(nèi)部麥克斯韋方程組尚不完備，需補充描寫介質(zhì)性質(zhì)的方程。邊界條件（電磁波的電場或磁場在介質(zhì)分界面處的變化情況：連續(xù)或躍變），包含法向分量的躍變切向分量的躍變第四十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日介質(zhì)方程對于各向同性的介質(zhì)來說，有：

絕對介電常數(shù)：絕對磁導率：分別是相對介電常數(shù)、相對磁導率和電導率。是絕對介電常數(shù)、絕對磁導率。第四十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日介質(zhì)方程對于各向異性的介質(zhì):角標1,2,3代表x,y,z分量,上式可簡寫為:第四十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日小結通常說的麥克斯韋方程組是微分式(1.15)式，加上介質(zhì)方程(1.16)~(1.18)式,全面描述了電磁場中的規(guī)律,是宏觀電動力學的基本方程組,利用它們原則上可以解決各種宏觀電動力學的問題（量子電動力學除外）。第四十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日邊界條件在解麥克斯韋方程組的時候，只有電磁波在介質(zhì)分界面上的邊界條件已知的情況下，才能唯一地確定方程組的解。如電磁波（光波）在介質(zhì)分界面上的反射和折射等，都得利用邊界條件才能得到解決。麥克斯韋方程組可以用于任何連續(xù)介質(zhì)內(nèi)部。在兩介質(zhì)分界面上，由于一般出現(xiàn)面電荷電流分布，使物理量發(fā)生躍變（電磁場在分界面的法向和切向分量），可由麥克斯韋方程組的積分形式進行分析。第四十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日邊界條件：1）法向分量躍變法向分量分界面取面元和柱體，因側面積趨于零，對底面1來說，n是內(nèi)法線方向所以：第四十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日令

為分界面上的自由電荷面密度。得電場法向分量有：

說明：（1）對有導體或半導體的分界面而言，界面上一般存在自由電荷（密度），致使界面兩側的電場法向分量有躍變；（2）對兩邊都是電介質(zhì)的界面而言，界面上沒有電荷分布，故電場法向分量是連續(xù)的。第五十頁，共八十八頁，2022年，8月28日

同理，對于磁場B，把（1.12）式中的Ⅲ式應用到扁平區(qū)域，得磁感應強度的法向分量有：

說明：對導體、半導體及電介質(zhì)的界面而言，界面上磁感應強度的法向分量均是連續(xù)的。第五十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日邊界條件：2）切向分量的躍變高頻時，因趨膚效應，電流、電場和磁場將分布在導體表面的一薄層內(nèi)。若導體的電阻可忽略，薄層的厚度趨于零，則可把傳導電流看成沿導體表面分布（面電流）。定義電流線密度α：等于垂直通過單位橫切線的電流。因存在面電流，界面兩側的磁場強度將發(fā)生躍變。第五十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日DCAB其中t表示沿△l的切向分量。（2）通過回路的總自由電流為：（3）因回路所圍面積趨于零而為有限量，故定義電流線密度為α在界面兩側取狹長回路，短邊長趨于0，長邊在介質(zhì)1和2中，長邊與面電流正交。（1）麥氏方程（1.12）Ⅳ式用于狹長回路上有：第五十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日第五十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日也可用矢量表示切向分量的條件：流過△l的自由電流為：對狹長回路用（1.12）式的Ⅳ式得

：由于△l為界面上任一矢量第五十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日式中||表示投影到界面上的矢量。上式在左叉乘矢量n,且注意到同理，由（1.12）式中的Ⅱ式,可得電場切向分量的邊界條件:根據(jù)矢量相乘得磁場切向分量條件：第五十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日說明：（1）存在面電流分布時，磁場切向分量有躍變；（2）不存在面電流分布時，磁場切向分量連續(xù)（無躍變）；（3）無論電流分布情況如何，電場切向分量總是連續(xù)的。第五十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日總結邊界條件（1.28式）為：電場的切向分量總是連續(xù)的兩側磁場的切向分量與界面電流線密度有關，可發(fā)生躍變兩側電場的法向分量與界面是上自由電荷密度有關，可發(fā)生躍變磁場的法向分量總是連續(xù)的邊界條件表示了界面兩側的電、磁場及界面上電荷、電流的制約關系，實際是邊界上場方程。第五十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日注意：（1）實際問題常含多種介質(zhì)及導體，需根據(jù)實際來確定邊界條件。（2）只有當邊界條件確定后，才能求解具體電磁場的唯一確定解。這很重要。（3）波導（平面、圓、矩形等）中傳輸?shù)碾姶挪Ｊ郊捌涑?shù)，總是由邊界條件確定的特征方程來確定和求解第五十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）平面電磁波的概念

波面：等相位面

球面電磁波：

平面電磁波：等相位面為平面的波

波源發(fā)出球面波，在遠離波源時近似為平面波。

在遠離波源的波場中，自由電荷和傳導電流均為0；且設為均勻介質(zhì)。

將物質(zhì)方程代入麥氏方程的（1.29）式；

直角坐標系中各分量方程為（1.30）式—--2個散度+6個旋度方程；1.2平面電磁波的性質(zhì)第六十頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）平面電磁波的傳播形式

（A）在（1.30）式中，設平面波的傳播方向為z,則波面垂直z軸；

在波面內(nèi)的相位相同，與x、y無關（設振幅也與x、y無關），則（1.30）對x、y的偏微分均為0->E和H的z向分量與時間和空間無關Ez=0,Hz=0->電磁波是橫波

（B）于是得（1.31）式，若取x軸在E方向上，則Ey=0,可得x方向的H分量與時間空間無關Hx=0;

(C)結論（性質(zhì)1）：E只在x向上，H只在y向上，傳播是z向；即平面電磁波的E、H、傳播方向兩兩互相垂直。第六十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日EHk第六十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日（3）平面電磁波的解

（A）由（1.31）式中間2個方程可得（1.36）式；

設電磁波的解形式為（1.37）式，代入微分方程得（1.38）式；

（1.38）式再求旋度并用矢量公式得亥姆霍茲方程（1.40）

對平面電磁波，E和H只與z和t有關，與x、y無關，亥姆霍茲方程為一維常微分方程

第六十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日可得E的全解為

同理可得第六十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日代入（1.32）式可得E和H的振幅及相位關系性質(zhì)2：E和H幅度成比例、復角相等性質(zhì)3：電磁波的傳播速度---等相位面的速度第六十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日1.3光的電磁理論與電磁波譜

1865年，麥克斯韋由電磁場理論預測到電磁波的存在，并且提出了光的電磁波說，這是人類認識論上的一次巨大飛躍，也為電磁波的應用奠定了理論基礎；同時，對電磁波本性的深入研究最終導致了20世紀的兩大支柱：量子論與相對論的誕生。HermannvonHelmholtz1821-1894德物理、生理學家->

1887年，赫茲首次用實驗驗證了電磁波的存在，以及證實了麥克斯韋的推測：光是一種電磁波。即電磁波與光波性質(zhì)完全相同。此后，人們又進行了許多試驗，不僅進一步證實了光的電磁波說，而且證明了陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的X射線、γ射線等也是電磁波。所有電磁波本性完全相同，只是波長（或頻率）有所差異。按波長（或頻率）將電磁波排列成譜，組成了一個龐大的電磁波譜。第六十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日赫茲（德國1857～1894）德國物理學家，生于漢堡。早在少年時代就被光學和力學實驗所吸引。十九歲入德累斯頓工學院學工程，由于對自然科學的愛好，次年轉入柏林大學，在物理學教授亥姆霍茲指導下學習。1885年任卡爾魯厄大學物理學教授。1889年，接替克勞修斯擔任波恩大學物理學教授，直到逝世。

赫茲對人類最偉大的貢獻是用實驗證實了電磁波的存在。

第六十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日赫茲的實驗第六十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日赫茲的實驗設計了一種電磁波發(fā)生器（直線型開放振蕩器）：在兩根長12英寸的銅棒上各焊一磨光的黃銅球，另一端各安一塊邊長16英寸的正方形鋅塊，兩根銅棒放在同一直線上，兩球之間留一空隙，將它們連到感應圈的次級線圈兩端．當充電到一定程度,間隙被火花擊穿，兩段金屬桿連成一條導電通路，這時它相當于一個振蕩偶極子，在其中激起高頻的振蕩（在赫茲實驗中振蕩頻率約為108—109周）．感應圈以每秒10—102周的頻率一次一次地使火花間隙充電．但是由于能量不斷輻射出去而損失，每次放電后引起的高頻振蕩衰減很快．因此所產(chǎn)生的是一種間歇性的阻尼振蕩（如圖）．赫茲把這裝置稱為“振蕩偶極子”．第六十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日赫茲的實驗為證實電磁波的傳播，將一根粗銅導線彎成一圓環(huán)形，在環(huán)的開口端各焊上一黃銅球，兩球間的距離可用螺旋作調(diào)節(jié)（他稱為共振偶極子），作為檢波器，放在電磁波發(fā)生器附近．

如果麥克斯韋理論是正確的，交變電磁場就會在空間產(chǎn)生新的電磁場，在一定距離用共振偶極子能檢測到電磁場，才能證明電磁波的存在。赫茲據(jù)此思路繼續(xù)實驗，實驗并不順利。1887年一天，給振蕩偶極子輸入高壓脈沖電流，在暗室中凝視兩個小銅球間的空隙；突然，空隙迸發(fā)出微弱的火花；再把銅環(huán)移到與發(fā)生器相距一定距離并選擇其方位時，看到電火花在銅球間不斷地跳躍。這樣，初次觀察到電磁振蕩在空間傳播。總結成論文，寄給老板．第七十頁，共八十八頁，2022年，8月28日測定電磁波的速率：赫茲在暗室墻上覆蓋一塊鋅板，以反射電磁波．當入射波和反射波迭加后將產(chǎn)生駐波，他用共振偶極子在離發(fā)生器不同距離的地方來測駐波．火花較亮的地方，就是波峰或波谷；完全沒有火花的地方，是波峰與波谷之間的零值．據(jù)此，赫茲量出駐波的波長，并計算了振蕩偶極子的振蕩火花頻率，兩者相乘即得電磁波的速率．計算出來的數(shù)值和麥克斯韋預料的完全相同，電磁波的速率等于光速．赫茲在1888年成功地做了這一實驗．赫茲接著還進行了關于電磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干涉、偏振等多種實驗，這樣赫茲就完成了電磁波和光波具有同一性的實驗驗證．赫茲的實驗公布后，立即引起了全世界科學家的矚目．誰也沒有想到，用這樣簡單的儀器竟驗證了麥克斯韋的高深理論，任何懷疑的人都可以親自動手進行證實．赫茲的成功，使他成了世界上最有名望的科學家之一．第七十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日赫茲的實驗第七十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日大量實驗表明，電磁波譜沒有上限和下限，從無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線到X射線、γ射線等都是電磁波。電磁波在各波段上都有極為廣泛的應用，可見光只占電磁波譜中極為狹小的一段。原因是這一段是太陽輻射功率最大的一部分，生物選擇這一小段作為可見光有利于進化，不同生物的可見光范圍不同，對人來說是400nm到760nm。第七十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日按麥氏方程，電磁波在介質(zhì)中的速度為光學中折射率n是真空光速與介質(zhì)光速比故這就是麥克斯韋關系，光與電磁波聯(lián)系起來第七十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日電磁波譜第七十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日電磁波譜第七十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日第七十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日光的電磁說紅外線紫外線倫琴射線第七十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日光的電磁說紅外線

在電磁波中，能夠作用于人的眼睛并引起視覺的，只是一個很窄的波段，通常叫做可見光。其中波長最短的是紫光，波長約為400nm;波長最長的是紅光，波長約為760nm，波長更長的光不能引起視覺，叫做紅外線，紅外線的波長范圍很寬，約為770nm～10