1.11 本章小结

光的电磁理论是波动光学的理论基础。本章介绍了光波的电磁性质，光在透明介质分界面上的反射和折射，光在金属表面的透射和反射，光在介质中传播时的吸收、色散和散射，以及两列以上的单色光波的叠加与一列复杂波的分解等。

1. 光与电磁波

麦克斯韦从理论上预言、赫兹从实验上证明了电磁波的存在。光在本质上是一种电磁波：电磁波在真空中的传播速度与光在真空中传播速度相等；光在透明介质中的传播速度v与真空中光速c之间的关系为v=c/n，其中，此式给出了描写光学性质的折射率与描写物质的电学和磁学性质的相对介电常数和相对磁导率之间的关系。

2. 光波的表达式

电磁波中对人眼或感光仪器起作用的是电场强度矢量E。E称为光矢量，一般用E的表达式代表光波。最简单的光波是平面简谐波和球面波，其表达式除了用正弦或余弦函数表示外，还可以用复函数。复振幅是一种更方便的表达形式。

3. 光强

辐射强度的时间平均值称为光强度。通常在讨论干涉、衍射等问题时更关注相对光强。

相对光强的计算：I=A2，或者，A是平面波的振幅，是复振幅。

4. 光在介质中的传播

光在介质分界面上有反射和折射现象：①反射或透射光波的振幅、强度、能流可通过菲涅耳公式进行计算；② 由菲涅耳公式可知，当平面波在接近正入射或掠入射，从光疏介质与光密介质的分界面反射时，存在半波损失；③ 光从光密介质到光疏介质入射时，若入射角大于临界角，发生全反射。光能全部返回光密介质，但在光疏介质表面存在一个隐失场；④ 当光以布儒斯特角入射时，反射光是完全偏振的，不管光是从光密介质到光疏介质还是相反情况的反射，都存在布儒斯特角。

光在介质中传播：光与物质相互作用，由于吸收、色散和散射使得光波的能量或传播方向发生改变。① 朗伯定律和比尔定律分别给出了光通过介质或均匀溶液时被吸收的规律；② 正常色散是指随着光波长的增大，折射率减小，反之为反常色散；③ 散射光的波长和入射光的波长相同时，称为瑞利散射；拉曼散射的散射光波长与入射光不同。

5. 单色光波的叠加

① 相干叠加：频率相同、位相差恒定、振动方向相同（或存在相互平行分量）的两光波叠加，满足产生干涉的必要条件。

② 驻波：频率相同、位相差恒定、振动方向相同而在相反方向传播的两光波的叠加。

③ 光拍：振动方向相同、振幅相等、频率相差很小的两光波的叠加。

6. 复杂波的分解

利用傅里叶分析法，可以把周期性波或非周期性波分解为若干个带权重的频率、振幅和位相各异的单色波。光波波列越长，被分解出的单色波的频率范围越窄，因此单色性越好。