物理光學(xué)簡(jiǎn)明教程（第3版） 課件 1.3光源和光的輻射能

1.3

光源和光的輻射

1.光源

連續(xù)光譜

太陽(yáng)光譜

線狀光譜能夠發(fā)光的物體都稱為光源光源可以分為自然光源和人造光源。太陽(yáng)就是我們最常見的光源，它是自然光源。而普通的發(fā)光的燈泡、蠟燭。是人造光源。光源還有其他的分類方法。光學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見的有激光器，熱輻射光源，氣體放電光源、如鈉燈，還有新的光源發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED從發(fā)光的譜線來(lái)看，有連續(xù)光譜、如太陽(yáng)光譜，也有線狀光譜如氫原子光譜。經(jīng)典電磁理論把原子發(fā)光看成是原子內(nèi)部過程形成的電偶極子的輻射。2.光輻射的經(jīng)典模型

光是電磁波，光源發(fā)光是物體輻射電磁波的過程。物體微觀上可認(rèn)為由大量分子、原子、電子所組成，可看成電荷體系，大部分物體發(fā)光屬于原子發(fā)光類型。經(jīng)典電磁理論把原子發(fā)光看成是原子內(nèi)部過程形成的電偶極子的輻射。在外界能量的激發(fā)下，原子中電子和原子核不停運(yùn)動(dòng)，以致原子的正電中心（原子核）和負(fù)電中心（高速回轉(zhuǎn)電子）往往不重合，且兩者的距離不斷變化，使原子成為一個(gè)振蕩的電偶極子。振蕩電偶極子在周圍空間產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，并在空間以一定的速度傳播，伴隨著能量的傳遞。電偶極子模型1）振蕩電偶極子往外輻射的電磁場(chǎng)，用麥克斯韋方程組進(jìn)行計(jì)算，得到距離偶極子很遠(yuǎn)的P點(diǎn)處輻射的電磁場(chǎng)的數(shù)值為：2.光輻射的經(jīng)典模型電磁波的角頻率，與電偶極子的振蕩角頻率相同，振幅隨P點(diǎn)的方位與電偶極子軸線的夾角有關(guān)2）3輻射能輻射能（3）

電磁波的傳播過程伴隨著能量在空間的傳遞?？臻g某一區(qū)域中單位體積的輻射能可以用電磁場(chǎng)的能量密度為：電場(chǎng)能量密度+磁場(chǎng)能量密度輻射強(qiáng)度矢量-------坡印亭矢量（描述電磁能量的傳播）3輻射能輻射能的方向表示能量流動(dòng)的方向，其大小等于單位時(shí)間垂直通過單位面積的能量。如果不考慮介質(zhì)對(duì)波的吸收，dt時(shí)間內(nèi)通過面積A的能量為：能量密度乘以體積=能量密度×波傳播的速度×?xí)r間dt×面積A（4）輻射強(qiáng)度矢量的大小（4）（5）或（6）考慮方向后（6）（7）（7）把輻射電磁場(chǎng)的表達(dá)式，方程（1）、（2）代入方程（5），得到：3輻射能輻射能（8）對(duì)于光波，電場(chǎng)、磁場(chǎng)變化迅速，變化頻率在1015赫茲左右，的值也迅速變化，無(wú)法接收的瞬時(shí)值，只能接收其平均值，對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)的平均值計(jì)算如下：（8）考慮在遠(yuǎn)離電偶極子的地方，球面波可以用平面波替代，則（9）3輻射能輻射能（9）（11）（10）在光學(xué)里，通常把輻射強(qiáng)度的平均值稱為光強(qiáng)度，用符號(hào)

表示。3輻射能輻射能光強(qiáng)I與平面波振幅A的平方成正比。（11）（10）通常，我們討論的是同一種介質(zhì)中的光強(qiáng)，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率相同，我們需要知道的是相對(duì)強(qiáng)度，因此，光波強(qiáng)度I與波的振幅之間的比例系數(shù)就不重要了，所以，常常把振幅的平方這個(gè)相對(duì)光強(qiáng)來(lái)代表光強(qiáng)度。如果用復(fù)振幅表示波函數(shù)，則相對(duì)光強(qiáng)就等于復(fù)振幅的模方。3輻射能輻射能若已知光波強(qiáng)度，可計(jì)算光波電矢量的振幅A。例題

對(duì)于一束100千