*时域Maxwell方程
∇×E=−∂t∂B∇×H=μ0J+μ0ε0∂t∂E∇⋅D=ε0rho∇⋅B=0
*对于传播问题,ρ=0,J=0
Maxwell方程组等价为
∇2E−c21∂t2∂2E=0∇2B−c21∂t2∂2B=0∇⋅E=0∇⋅B=0
其中c=μ0ε01为光速
*对于辐射问题,ρ=0,J=0
考虑
E=−∇φ−∂t∂AB=∇×A∇⋅A+c21∂t∂φ=0
得到另一个等价形式
∇2φ−c21∂t2∂2φ=−ε0ρ∇2A−c21∂t2∂2A=−μ0J
*频域Maxwell方程
∇×E=−iωB∇×H=J−iωD∇⋅D=ρ∇⋅B=0
频域本构关系
D(ω)=ε(ω)E(ω)B(ω)=μ(ω)H(ω)
频域边值关系
n^×(E2−E1)=0n^×(H2−H1)=JSn^⋅(D2−D1)=ρSn^⋅(B2−B1)=0
*时谐场
复指数形式:E(x,t)=E(x)e−iωt
瞬时值形式:E(x,t)=Re{E(x)e−iωt}
*频域传播问题
∇×E=iωB∇×H=−iωD
等价于
均匀平面波
E(x)=E0eik⋅x
H(x)=H0eik⋅x
H0=k^×ηE0
其中η=εμ为波阻抗
*在无损介质面的反射与折射
边值关系:
n^×(E2−E1)n^×(H2−H1)=0=0
- 方向:Snell定律
θr=θi
sinθtsinθi=n1n2
振幅:Frenel公式
N波,P波
- 关于反射波:
(1)n1<n2,N波有半波损失(光疏入射光密)
(2)n1>n2,θi>θc=arcsinn21
全反射
(3)Brewster角:θB=arctann1n2,P波无反射,反射波中只有N波
- 良导体ωεσ>>1
∇×E=−iωB∇×H=−iωε~E
其中ε~=ε0+iωσ
穿透深度:δ=ωμσ2
E(x)=E0e−α⋅xeiβ⋅x
表面电阻:RS=σδ1
表面电流:JS≈n^×H∣S
单位面积焦耳热:Pd=21∣JS∣RS
4. 理想导体:σ→∞
边值关系:
n^×E=0本质约束条件n^×H=Jsn^⋅D=ρsn^⋅B=0
a. 波导
b. 谐振腔
*辐射问题
∇⋅J−iωρ=0∇⋅A−c2iωφ=0
A(x)=4πμ0∫rJ(x′)eikrdV′
分别考虑近场和远场
A≈4πμ0Reikr∫J(x′)dV′=−4πiωμ0ReikRP0
以下内容没抄上
*能流
时域:瞬时值能流 S=E×H
瞬时值电场能量密度:we=2E⋅D
磁场能量密度:wm=2B⋅H
Poynting定理:
−∇⋅S=∂t∂(we+wm)+E⋅J
复数能流:也没抄上,开摆!