21 光辐射的电磁理论

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,UP,DOWN,BACK,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,?,光源,传输,第二章 光辐射的传播,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,章节内容,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.根本要求,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,知识要点,2.1,光辐射的电磁理论,光辐射是电磁波，它服从电磁场根本规律。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，因此，光辐射的电磁理论主要是应用麦克斯韦方程求解光辐射场量 的变化规律。,1.,光辐射的波动方程,在无源=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,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。,(2.1-1),对导体,，,项起主要作用。,对绝缘体 =0，,项起主要作用。,对于半导体，,两项都起重要作用。,2.,光辐射场的亥姆霍兹方程,对于简谐波场，场量可表示为,那么(2.1-1)式中电场量的时间因子可以消去，得到,引入复相对介电系数,(2.1-2),(2.1-2),式可改写为,(2.1-3),(2.1-4),这就是光辐射满足的,亥姆霍兹方程,。,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，,利用矢量恒等式,亥姆霍兹方程可改写为,上式平面波解的一般形式为,(2.1-5),球面波解的一般形式为,(2.1-6),(2.1-7),式中 为波矢量，,0,为初相。,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、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。,如下图，光辐射场的边界条件可以直接由麦克斯韦方程推得：,式中,s,为界面面电荷密度。,(2.1-8),E,t,E,n,1,，,1,，,1,2,，,2,，,2,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,等于零，这时，界面两侧的切向分量以及的法向分量均连续。,E,t,E,n,1,，,1,，,1,2,，,2,，,2,图 界面上电场的法向和切向分量,