例如，一束105 W的激光，用透镜聚焦到1×10-10 m2的面积上， 则在透镜焦平面上的光强（功率密度）约为
105 I 10 1015 W/m2 10
相应的光电场强度振幅为
2 cI E0 0 n
1/ 2
0.87 109 V/m
这样强的电场，能够产生极高的温度，足以将目标烧毁。 在有些应用场合，由于只考虑某一种介质中的光强，只关 心光强的相对值，因而往往省略比例系数，把光强写成： I=〈E2〉=E20 如果考虑的是不同介质中的光强， 比例系数不能省略。
1 T S S dt T 0 将S表达式代入， 进行积分，可得：
1 n 2 1 2 2 I S E0 E0 E0 2 0 c 2 0

n 20c
/ 0
2
由此可见，光强与电场强度振幅的平方成正比。 通过测 量光强，便可计算出光波电场的振幅E0。
2.3 光波的表示 2.3.1光波的电磁表示 根据光场解的形式的不同，光波可分类为平面光波， 球 面光波，柱面光波或高斯光束。 首先说明，光波中包含有电场矢量和磁场矢量，从波的 传播特性来看，它们处于同样的地位，但是从光与介质的相 互作用来看，其作用不同。在通常应用的情况下，磁场的作 用远比电场弱，甚至不起作用。实验证明，使照相底片感光 的是电场，不是磁场；对人眼视网膜起作用的也是电场，不 是磁场。 因此，通常把光波中的电场矢量E称为光矢量，把电场E 的振动称为光振动，在讨论光的波动特性时，只考虑电场矢 量E即可。
学性质的一个很重要的参量。 此式称为麦克斯韦关系。对于一般介质，εr 或n都是频率的
函数， 具体的函数关系取决于介质的结构。
2.2.4 光波的能流密度 为了描述电磁能量的传播，引入能流密度——玻印亭矢量 S，它定义为单位时间内，通过垂直于传播方向上的单位面积 的能量，表达式为 S E H 对于沿z方向传播的平面光波，光场表示为： E=exE0cos(ωt-kz), 光波的能流密度S为 因为平面光波场有： H=hyH0cos(ωt-kz)
2 2 t 2
应用： 对于高频低电导无源材料，得到 2 2 2 2 2 2 E n E 0， H n H 0
除铁磁性介质外，大多数介质的磁性都很弱，可以认为
折射率表示为： n
c
r r
μr≈1。折射率也描述光在介质中传播的快慢， 是表征介质光
(4)非线性介质 P 与 E 的关系不只与 E 的一次项有关，也与它的高次项有关。
2.2.3 波动方程 对于线性，均匀，各向同性的电介质：
P x 0 E，n 1 x
2 2
1. 时域波动方程
n E J s E 1 2 0 电场方程： E 2 2 0 c t t t
(3)各向同性 E 与 P 平行 P 与 E 的关系与矢量 E (r , t ) 的取向无关，
2 电介质的分类
(1)简单电介质 线性，均匀，各向同性，非色散。
(2)非均匀介质 只是非均匀， P与 E 的关系与 r 有关。不同 r 处的极化率不 同，折射率n不同。 (3)各向异性介质 P 与 E 的方向不一致。 P 与E 的关系与 E 的取向有关。不 同方向的极化率不同，折射率不同。这种介质中某些方向容 易极化些，另一些则较难极化。
2 2
c 1 / 0 0 (2.99793458 0.000000012) 108 m/s
2. 频域波动方程 在时谐条件下：
E ( x , y, z , t ) E ( x , y, z )e it
j t
H ( x , y, z , t ) H ( x , y, z )e it
S sz E0 H0 cos2 (t kz)
式中的ex、hy是电场、磁场振动方向上的单位矢量。
E0 H 0
1

利用 0 r， 0 r，c S可写为
0 0
，r 1，n r
n 2 S sz E0 cos 2 (t kz ) 0 c
平面光波的能量沿z方向以波动形式传播。光的频率很高， S 的大小随时间的变化很快。光探测器的响应时间较慢，例 如光电二极管仅为10-8~10-9 s，远远跟不上光能量的瞬时变化， 只能给出 S 的平均值。所以，在实际应用中都利用能流密度 的时间平均值〈S〉表征光电磁场的能量传播，并称〈S〉为 光强，以I表示。假设光探测器的响应时间为T，则：
2 2 n H H 2 磁场方程： H 2 2 0 J s c t t
对于非导电、无磁性介质（大多数属于该情况）： 波动方程：
n E 2 E 2 0 2 c t
2 2
n H 2 H 2 0 2 c t
1. 平面光波 (1) 单色平面光波的三角函数表示 可以采取不同的具体函数表示。最简单、最普遍采用的是 三角函数形式，即 E=Acos(ωt-kz)+Bsin(ωt+kz) 若只计沿+z方向传播的平面光波，其电场表示式为
t z z E eE0 cos(t kz ) eE0 cos t eE0 cos 2 v T
2.2.2 电介质 电极化：形成宏观束缚电荷的现象。 电介质：能产生电极化的物质。 1. 电介质的特性 极化强度： P 与E 的关系不同，介质就呈现不同的特性。
1 P 与 E 是线性关系 p 0 E 0 E
(1) 线性特性 介质折射率
(2)均匀性 P 与 E 的关系与位臵无关，在任何一处的极化率都是常数