《物理光学》课程教学资源（PPT课件）平面电磁波、球面波和柱面波、光波的辐射

§1-4球面波和柱面波 ■前次课内容回顾及平面波的波函数: 球面波的波函数: ■二、球面波的复振幅: 柱面波的波函数

§1-4球面波和柱面波 ◼ 前次课内容回顾及平面波的波函数： ◼ 一 、球面波的波函数: ◼ 二、球面波的复振幅： ◼ 三、柱面波的波函数：

§1-3平面电磁波 前次课内容回顾: 1.波动方程的平面波解: OE1 0E a20 f(z-v1)+f2(2+vt) aB 10B 0 B=f(z-v)+f2(+v0) 2平面简谐波:E=AcOs(k-mn)或 E=Acos 2(

§1-3平面电磁波 前次课内容回顾： 1.波动方程的平面波解： 2.平面简谐波： 0 (2) 1 0 (1) 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 =   −   =   −   t B z v B t E z v E    ( ) ( ) 1 2 E = f z − v t + f z + v t          = − = − ) z E Acos 2 ( cos( ) T t E A k z t        或 ( ) ( ) 1 2 B = f  z − v t + f  z + v t   

§1-3平面电磁波 3.一般坐标系下的平面波的波函数: E=AcOs(k·F-at) E= Aexpi(. p-on) 4平面简谐波的复振幅: E= Aexp(ik. r)

§1-3平面电磁波 3.一般坐标系下的平面波的波函数： 4.平面简谐波的复振幅： E = Acos(k r −t)     exp( ) ~ E A ik r     =  E = Aexpi(k r −t)    

§1-3平面电磁波 5.平面波的性质 (1)电磁波是横波:V·E=0→>k·E=0 (2)E和B互相垂直k×E=OB→B=-k×E (3)E和B同相: B=√EF0 k×E E

§1-3平面电磁波 ◼ 5.平面波的性质 ◼ （1）电磁波是横波： ◼ （2）Ｅ和Ｂ互相垂直 ◼ （3）Ｅ和Ｂ同相: v B k E = = =      1 B E 0      k E B B k E        =  =    1  = 0  k E = 0    E

§1-4球面波和柱面波 除平面波外,球面波和柱面波也是两种 常见的波。在光学中他们分别由点光源和 线光源产生。 球面波的波函数 球面波的复振幅: 三、柱面波的波函数:

§1-4球面波和柱面波 除平面波外,球面波和柱面波也是两种 常见的波。在光学中他们分别由点光源和 线光源产生。 ◼ 一 、球面波的波函数: ◼ 二、球面波的复振幅： ◼ 三、柱面波的波函数：

§1-4球面波和柱面波 球面波的波函数 点状振动源的振动向周围空间均匀的 传播形成球面波 从对称性考虑,这个波的等相面是球面, 并且其上的振幅处处相等 由于随着考察点远离振动源等相面的 曲率半径逐渐增大,最后接近于平面 ■所以,平面波是球面波的一种特殊形式

§1-4球面波和柱面波 ◼ 一 、球面波的波函数: ◼ 点状振动源的振动向周围空间均匀的 传播形成球面波. ◼ 从对称性考虑,这个波的等相面是球面， 并且其上的振幅处处相等. ◼ 由于随着考察点远离振动源,等相面的 曲率半径逐渐增大,最后接近于平面． ◼ 所以，平面波是球面波的一种特殊形式．

§1-4球面波和柱面波 严格的点状振动源是不存在的,从而理 想的球面波或平面波是不存在的 在光学上,当光源的尺寸远小于考察点至 光源的距离时,往往把该光源称为点光源 由它发出的波可以近似当作球面波处理

§1-4球面波和柱面波 ◼ 严格的点状振动源是不存在的,从而理 想的球面波或平面波是不存在的. ◼ 在光学上,当光源的尺寸远小于考察点至 光源的距离时，往往把该光源称为点光源. ◼ 由它发出的波可以近似当作球面波处理

§1-4球面波和柱面波 ■由于对称性,可将波动方程转化为球坐标下 的方程。选择振动源作为坐标原点,则知 波函数A(G;)只与r有关,与方位无关 可以证明:这样的波函数A(;t)满足下式: V2A(D)≈1a2 4(r,t)] ■标准波动方程ⅴ2A=1° ■变为: rb.()=1A(

§1-4球面波和柱面波 ◼ 由于对称性,可将波动方程转化为球坐标下 的方程。选择振动源作为坐标原点,则知： 波函数A(r,t)只与r有关，与方位无关 ◼ 可以证明：这样的波函数A(r,t)满足下式： ◼ 标准波动方程 ◼ 变为：  ( , ) 1 ( , ) 2 2 2 rA r t r r A r t    = 2 2 2 2 1 t A v A    =   2 2 2 2 2 1 ( , ) ( , ) 1 t A r t rA r t r r   =   

§1-4球面波和柱面波 上式亦可写为:[4(r,1 rA( ■若将rA(r,t)看成一体,这个方程 和一维波动微分方程有完全相同的形式 的解为:4(r,)=B(r-v)+B2(r+v 或 t)=-[B1(-v)+B2(r+v) 此即为球面波波函数的一般形式。 其中B1,B2为任意函数

§1-4球面波和柱面波 ◼ 上式亦可写为： ◼ 若将ｒＡ（ｒ，ｔ）看成一体，这个方程 和一维波动微分方程有完全相同的形式。 ◼ 它的解为： 或 此即为球面波波函数的一般形式。 其中B1,B2为任意函数。     2 2 2 2 2 1 ( , ) ( , ) t rA r t rA r t r   =    ( , ) ( ) ( ) 1 2 rA r t = B r − v t + B r + v t  ( ) ( ) 1 ( , ) B1 r v t B2 r v t r A r t = − + +

§1-4球面波和柱面波 显然,我们最关心简谐球面波这个特殊形 式。则:Ar:1)= coser-om+gn 假定源点振动的初位相为零,对于电矢量 (此时可看作标量)即qo=0则有 E cos(kr-ot) ■写成复数形式:E s Exple(kr-at 可以看出,球面波的振幅不再是常量,它 与离开波源的距离r成反比,其等相面为: r=常数的球面

§1-4球面波和柱面波 ◼ 显然，我们最关心简谐球面波这个特殊形 式。 则： ◼ 假定源点振动的初位相为零，对于电矢量 （此时可看作标量）即0=0 则有： ◼ 写成复数形式： ◼ 可以看出，球面波的振幅不再是常量，它 与离开波源的距离r成反比，其等相面为： r=常数的球面。   0 ( , ) = cos k r −t + r a A r t cos( ) 1 k r t r A E = − exp ( ) 1 i k r t r A E = −