第一章 光与物质相互作用基出 1.1光的波动理论与光子学说 1.2热辐射的一般概念 1.3黑体辐射 1.4自发辐射、受激辐射和受激吸收 1.5谱线形状与宽度 1.6均匀加宽与非均匀加宽 1
1 第一章 光与物质相互作用基础 光与物质相互作用基础 1.1 光的波动理论与光子学说 1.2 热辐射的一般概念 1.3 黑体辐射 1.4 自发辐射、受激辐射和受激吸收 1.5 谱线形状与宽度 1.6 均匀加宽与非均匀加宽
1.1光的波动理论与光子学说 光的波动学说 1.麦克斯韦方程组与波动方程 电磁波的形成： 空间某区域有变化电场（或变化磁场)，在邻近区域将产生变化 的磁场（或变化电场)，这种变化的电场和变化的磁场不断交替产生， 由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。 (光波是电磁波) 2
2 1.1 光的波动理论与光子学说 一 光的波动学说 电磁波的形成： (光波是电磁波) 空间某区域有变化电场（或变化磁场），在邻近区域将产生变化 的磁场（或变化电场），这种变化的电场和变化的磁场不断交替产生， 由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。 1.麦克斯韦方程组与波动方程
一光的波动学说 1.麦克斯韦方程组与波动方程 若电磁场传播区域远离 辐射源、不存在自由电荷 麦克斯韦方程组 静止、线性和各向 和传导电流： 的微分形式： 同性介质中的物质方程： V●D=0 V●B=0 V●D=p VxE=_ aB 7●B=0 D=8E t VxE=_ aB aD B=uH VXH= 8t 8t V×H=J+ aD J=OE Ot V2E1 62E =0 交变电场、 交变磁场以 =0 速度V传播 v2 0t2
3 麦克斯韦方程组 的微分形式： 静止、线性和各向 同性介质中的物质方程： ⎪⎪⎪⎭ ⎪⎪⎪⎬⎫ ∂ ∂ +=×∇ ∂ ∂ −=×∇ =•∇ =•∇ t D JH t B E B D 0 ρ ⎪⎭ ⎪⎬⎫ = = = EJ HB ED σ μ ε 若电磁场传播区域远离 辐射源、不存在自由电荷 和传导电流： ⎪⎪⎪⎭ ⎪⎪⎪⎬⎫ ∂ ∂ =×∇ ∂ ∂ −=×∇ =•∇ =•∇ t D H t B E B D 0 0 ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬⎫ = ∂ ∂ −∇ = ∂ ∂ −∇ 0 1 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 t H v H t E v E 一 光的波动学说 1.麦克斯韦方程组与波动方程 交变电场、 交变磁场以 速度v 传播
光的波动学说 2.电磁波的性质 >电磁波是横波 >偏振特性 >在介质中不同频率电磁波具有不同传播速度（色散现象） >光在自由空间中以行波状态传播 >电场和磁场同相位，并满足：√8E=√H >能量密度：S=E×i >时谐变电磁场 E(,t)=E,cos(@t-Bz+o) E(z,t)=ReE-ReEe
4 ¾ 电磁波是横波 ¾ 偏振特性 ¾ 在介质中不同频率电磁波具有不同传播速度（色散现象） ¾ 光在自由空间中以行波状态传播 ¾ 电场和磁场同相位，并满足： ¾ 能量密度： ¾ 时谐变电磁场 2.电磁波的性质 一 光的波动学说 = με HE HES v v v ×= cos(),( ) = ω − β +ϕ 0 m ztEtzE [ ] [ ] zj tj m ztj meEtzE eeE ( ϕβω 0 ) ϕβ 0 )( ω Re),( Re +− −− = =
光的波动学说 2.电磁波的性质 电磁波段的详细划分及用途 波段/mm 名称 用途 10-530 Y射线 金属探伤、研究核结构 104100 X射线 医用、探伤、分析晶体结构 1-390 紫外线 医用、照相制版 390-770 可见光 770-106 红外线 雷达、光纤通信、导航 106109 微波 电视、雷达、无线电导航 1091010 米波 调频广播、电视、导航 10105×1010 短波 无线电广播、电报通信 5×10102X104 中短波 电报通信 2×1043X102 中波 无线电广播 3×1023×1013 长波 越洋长距离通信和导航 5
5 电磁波段的详细划分及用途 波段/nm 名称 用途 10-5~30 射线 金属探伤、研究核结构 10-4~100 X射线 医用、探伤、分析晶体结构 1~390 紫外线 医用、照相制版 390~770 390~770 可见光 770~106 红外线 雷达、光纤通信、导航 106~109 微波 电视、雷达、无线电导航 109~1010 米波 调频广播、电视、导航 1 010~5 ×1010 短波 无线电广播、电报通信 5 ×1010~2 ×1011 中短波 电报通信 2 ×1011~3 ×1012 中波 无线电广播 3 ×1012 ~3 ×1013 长波 越洋长距离通信和导航 γ 2.电磁波的性质 一 光的波动学说