光子学基础PPT讲稿.ppt

光子学基础第1页，共48页，编辑于2022年，星期五其中，E为电场强度（V/m）B为磁感应强度（Wb/m2），H为磁场强度（A/m），D为电位移矢量（C/m2），J为电流密度（A/m2），J0为一次场电流密度（A/m2），自由电荷密度（C/m2）0w为一次电荷密度（C/m2）。如考虑一次场源的作用，第一式和第四式右端分别应加上J0和0。在各向同性均匀介质中麦克斯威尔方程组变为：一、电磁场基本理论：一、电磁场基本理论：麦克斯威尔方程组描述了电磁场最基本的规律，在时间域中可表示为：麦克斯威尔方程组的物理意义：建立了场强矢量、电流密度及电荷密度之间的关系。物质条件：在导电介质中，物质条件可认为：一、麦克斯韦方程组一、麦克斯韦方程组第2页，共48页，编辑于2022年，星期五为了求解电场和磁场，引入矢量位函数，电场和磁场可由相应的矢量位函数的微分直接求出。矢量H是涡旋场，故可表示为矢量A的旋度，将下式代入麦克斯威尔方程中，利用矢量恒等式和罗伦兹条件化简。即得到电磁场的矢量位和标量位所满足的时间域波动方程。在不同条件下求解波动方程，只需将相应的条件（有源还是无源，是电性源还是磁性源，位移电流和传导电流同时考虑还是忽略其中一项）代入方程并求解即可。时间域波动方程：麦克斯韦方程组的边界条件：1.磁感应强度B的法方向分量连续；2.电位移矢量D法向分量的差等于电荷密度连续；3.电场强度E的切方向分量连续；4.磁感应强度H的切向分量关系；5.电流密度的边界条件；两媒质电导率有限时，传导电流和位移电流均为有限值。第3页，共48页，编辑于2022年，星期五1.5 电磁波基础1.5.1 时谐均匀平面波第4页，共48页，编辑于2022年，星期五第5页，共48页，编辑于2022年，星期五第6页，共48页，编辑于2022年，星期五第7页，共48页，编辑于2022年，星期五第8页，共48页，编辑于2022年，星期五第9页，共48页，编辑于2022年，星期五第10页，共48页，编辑于2022年，星期五第11页，共48页，编辑于2022年，星期五第12页，共48页，编辑于2022年，星期五1.5.2 电磁波的偏振、为初相位第13页，共48页，编辑于2022年，星期五第14页，共48页，编辑于2022年，星期五/2第15页，共48页，编辑于2022年，星期五二、椭圆偏振、线偏振和圆偏振l椭圆偏振光：l线偏振光：l圆偏振光：第16页，共48页，编辑于2022年，星期五1.5.3 电磁波的衰减第17页，共48页，编辑于2022年，星期五第18页，共48页，编辑于2022年，星期五第19页，共48页，编辑于2022年，星期五第20页，共48页，编辑于2022年，星期五第21页，共48页，编辑于2022年，星期五第22页，共48页，编辑于2022年，星期五第23页，共48页，编辑于2022年，星期五第24页，共48页，编辑于2022年，星期五第25页，共48页，编辑于2022年，星期五第26页，共48页，编辑于2022年，星期五第27页，共48页，编辑于2022年，星期五第28页，共48页，编辑于2022年，星期五1.5.4 波的色散和群速第29页，共48页，编辑于2022年，星期五第30页，共48页，编辑于2022年，星期五第31页，共48页，编辑于2022年，星期五第32页，共48页，编辑于2022年，星期五群速(Group Velocity)vg的定义是包络波上某一恒定相位点推进的速度。令调制波的相位为常数：当0时，上式可写为第33页，共48页，编辑于2022年，星期五第34页，共48页，编辑于2022年，星期五相速、波速、群速第35页，共48页，编辑于2022年，星期五第36页，共48页，编辑于2022年，星期五第37页，共48页，编辑于2022年，星期五l对于波导色散，可由电磁波方程及波导边界条件直接给出波导的色散特性曲线：l从而求出相速l 群速l比时延、比群延时、群折射率、脉冲展开l材料色散参数l材料色散取决于折射率对波长的二阶导数第38页，共48页，编辑于2022年，星期五 例例 1电磁波在真空中传播，其电场强度矢量的复数表达式为试求：(1)工作频率f;(2)磁场强度矢量的复数表达式；(3)坡印廷矢量的瞬时值和时间平均值；(4)此电磁波是何种极化，旋向如何。第39页，共48页，编辑于2022年，星期五 解解：(1)真空中传播的均匀平面电磁波的电场强度矢量的复数表达式为所以有其瞬时值为第40页，共48页，编辑于2022年，星期五(2)磁场强度复矢量为磁场强度的瞬时值为第41页，共48页，编辑于2022年，星期五(3)坡印廷矢量的瞬时值和时间平均值为第42页，共48页，编辑于2022年，星期五(4)此均匀平面电磁波的电场强度矢量在x方向和y方向的分量振幅相等，且x方向的分量比y方向的分量相位超前/2，故为右旋圆极化波。第43页，共48页，编辑于2022年，星期五柱坐标lhttp:/