第2章電磁波基本特性

第2章電磁波的基本特第2章電磁波的基本特波的概電磁波的波方電磁波相速度和群速波的散波的反射和折波在金屬表面上的反電磁光電磁光波的基本概1光是什么?z?E2p0rE=-u)p?c2rc?0Hpoyw2p0inqr?z?E2p0rE=-u)p?c2rc?0Hpoyw2p0inqrH=xc0w4p2sinrc0cos2w(t-S=EH)0總輻射功率球w4p0c3zq3、3、光波的產(chǎn)生方1mm~2020μm~1.5μm1mm~2020μm~1.5μm1.5μm~0.76μm紅外線(1mm~0.76紅藍可見光(760nm~380430nm~380380nm~300300nm~200紫外線(400nm~10200nm~10最簡單最普遍采用的是三角函數(shù)形式，若只計沿+z最簡單最普遍采用的是三角函數(shù)形式，若只計沿+z方向傳播t-z=EzE=Ecos wpu0lEeiwt coswt-kz,k 單色平面光波的復數(shù)表示為便于運算，經(jīng)常把平面簡諧光波E=0單色平面光波的復數(shù)表示為便于運算，經(jīng)常把平面簡諧光波E=0，0E=000應強調的是，任意描述真實存在的物理量的參量都應當是實對式取實部即為式所示的函數(shù)，所以，對復數(shù)形式的量進行線性運算，只有取實部后才有物理意義，才能與利用三角函應強調的是，任意描述真實存在的物理量的參量都應當是實對式取實部即為式所示的函數(shù)，所以，對復數(shù)形式的量進行線性運算，只有取實部后才有物理意義，才能與利用三角函w-數(shù)與w-和exp(wt兩種形式完全等效。在不同的文獻書籍中，電磁波的合成與相速度和群速波包（電磁波的合成與相速度和群速波包（群）的產(chǎn)1)y(,)=Acos(ωt-k2)(,)-ii1）兩列波合成1）兩列波合成的波y(,)=Acos(ωt-k22）有限個多列波的疊加2）有限個多列波的疊加(,)k2)(,)-ii3）無限個列波疊加的電磁3）無限個列波疊加的電磁波波￥Er￥Er,t=?wp無限個列波疊 E(r,t=Eexpirw0=Eexp無限個列波疊 E(r,t=Eexpirw0=Eexpw1011cciwr,t=111ciwr,t=221cirwr,t=NN1ciw rr,t=010cwrr,t=w1-111c =E Dw)w0w0c+Dw-( iw rr,t=010cwrr,t=w1-111c =E Dw)w0w0c+Dw-( wD-11ccexp2Dww2E2t1expr=ccc- rcE3t1expexpr=E1expiccwN (r,t=Eexpir=Eexpiwt-w- 0rexpr1N10ccN2iw rr,t=010cwrEr,t=w1-111crw0Dw)cw0 1Dwt-1iw rr,t=010cwrEr,t=w1-111crw0Dw)cw0 1Dwt-1ccexpw2w0ccEr,t=Eexpiwr=￠-1220c- rcexpiEr,t=Eexpiwr=E1expi￠-133ccwNN2E￠(r,t=Eexpir=Eexpiwt-w0- rexpirN21N10ccE=++ +N+2++E2++......+2(Dw)r)w0rw0r2wD,tt c( cwtrD01010ccr E=++ +N+2++E2++......+2(Dw)r)w0rw0r2wD,tt c( cwtrD01010ccr Nr-c-c10 2w)wrwt)Dwt-c-c10ccr -c10 Dw)cw)cDw+2Dw+w)rw)r,tt-rcNDwt+Dw 1t+-010cc2Dw)cw)cDw+2Dw+w)rw)rr,t=EexprNDwt+Dw)cw)cDw+2Dw+w)rw)rr,t=EexprNDwt+c) t1+-0102ccNDw1-expriwr,t=iw0r010cc1-expiDwr,t=iw0r 01c波包的相波包的幅1- Dw 1-expiDwt- 1-expriwr,t=0r0101-expriwr,t=0r010cc1-expiw+2Er,t)wpw0expw-2w+2Ewexpkw0w-2波包幅度是不再是常矢量，而是在空間一定區(qū)域圍內分布集結，并以波動形式在空間運動的矢量波的相波的相速度和群速1）群速度的推1(,)cost-lky(,)=Acos(ωt-k222疊加后得1(,)cost-lky(,)=Acos(ωt-k222疊加后得)=1+ωkkω2t-=tx2222222l?1?yxyxω-k-ω+k+)ttx22222222=1+2yxω-k-ω+k+)ttx22222222=1+2令ω,k,k=mm2222(,)2cost-)cost-m(,)2）速度l??yx(,))2）速度l??yx(,))=wwu==kk=wwu==kk=lkl0w=wup=wwu==kk=lkl0w=wup=nn3）速度l?1?yx(,)3）速度l?1?yx(,))=u=kgmm?f)pw-1coswwt)15cos?f)pw-1coswwt)15cos3t--p例：波在等離子中的傳播速1-解相速ccup==knp例：波在等離子中的傳播速1-解相速ccup==knp1-w群速cwug==k21-ww= w= kk22pp1-wc1w2-w2=w= w= kk22pp1-wc1w2-w2=kpw2w2pw=2w=c1-ug=1-w例：慢光的實解u=w= kwnw)l=nw)k例：慢光的實解u=w= kwnw)l=nw)kkk=www)= +cwcww =uuggcu=g每秒cu=g每秒17思考思考題：能不能讓光完全的停下來波的衍射與波的衍射與散波的衍①定義：波傳播過程中當遇到障礙物時，能繞過礙物的邊緣而傳播的現(xiàn)象衍射②惠更斯原理解②惠更斯原理解a（2）a~a（2）a~比比較：長波和短波的衍射性能長波長波使用---海軍潛艇使波的散①定義：當波在傳播途波的散①定義：當波在傳播途球面子波，使波向各②I~②I~散射散射光線的顏色與微粒的大小有密切關系，微粒越小，光的反射和折光的反射和折002.6.1.光反2.6.1.光反射折射的物理模1)波的折1)波的折①波的折射定義：波的傳播方向發(fā)生改變，產(chǎn)生的原是波在兩種介質中傳播速度不同①光折①光折射的物理模②反射②反射光偏振物理模反射光偏振物反射光偏振物理模型++---反射光反射光偏振物理模型布布儒斯特定時θ0反射折射的基本條在0處，所有場的空間和時間變化必須相同。因此，所，只的相因子在z=0反射折射的基本條在0處，所有場的空間和時間變化必須相同。因此，所，只的相因子在z=0處必須相等，即在邊界面????twt+E=Et+z=0=?wt-k??wt-???=w-k￠w=x=x=k=x光反射折射的理論推????=E=E++-? 1H=-+00100HEH=E=00m0 0001-E+-光反射折射的理論推????=E=E++-? 1H=-+00100HEH=E=00m0 0001-E+-E=1 mmm000+E-=E+??n-n-00101=r001=-E-En=En+00n++n+E0011010100p0p1ncosq-nr= = =ptanq+qncosq+n 011010p== 1ncosq-nr= = =ptanq+qncosq+n 011010p== tpsinq+qcosq-qE+ 10011-Encosq-nr00011==ssinq+qncosq+n00011100t=ssinq+qncosq+n001110全反物理模全反物理模x2.全反射理0>sinq010n1我們1/x2.全反射理0>sinq010n1我們1/cosq=–1-)/11001cosq=–i2/n =1001 022in/q==1001nr0011sncosq+n0011nanr00b=n=s00ncosq22in/q==1001nr0011sncosq+n0011nanr00b=n=s00ncosq001111-=rir=*11Rs++11傳播方cosq=–i2/n =?1001???=t0?xk1l0真空中的波l?0z傳播方cosq=–i2/n =?1001???=t0?xk1l0真空中的波l?0z???=1kk單位波Er 0t?kl0??k?? ?= x+r=kz+kz y+kyxyz+k2+==xyz0kx=cosq2,y=0,kz=??0?? ???1kEt?? ???1kEtl00?? xsinq1E11tl0cosq=–i2/n =1001??texp1l0x沿Z軸方向是衰減波z?? = exp?? = exp1E011tl0??t0expaz)exp1l沿Z軸方向是增強波0顯然只有取負號才符合物理模 1= 金屬金屬表面上光反射與折光在金屬薄膜中折射①折射NNe2n=e?-r023e0NNe2n=n-光在金屬薄膜中折射①折射NNe2n=e?-r023e0NNe2n=n--23eew00q=n-imsinqsinq=a+a=0sinqob=0sinqocosq=c+++②波矢真空?k2pk0l?k0單位波0l0真②波矢真空?k2pk0l?k0單位波0l0真空中的波金屬?k?n-im0l0金屬薄膜中波方??k??kE=Eexpiwt-n-im0l0??)E=Eexpi金屬薄膜中波方??k??kE=Eexpiwt-n-im0l0??)E=Eexpiwtn-im(k-00l??????y?0k+kz+k2+k2=1k=xyz0x=sinq,kz=??z0ir=xsinq+x??k0ir=xsinq+sinq=??k0ir=xsinq+sinq=a+cosq=c+??0ir=(ax+)++)??=-+)n-i?i+n-ir0??+n-??+n-i+bn=?+?n-r=b=0sinqon2+a=0sinqon2+??pkEEexpiwt- 0l0?n-+m(bx+?r=?