光在光電實驗中非常重要，對光的特性進行了解是有必要的。涉及到使用光源，我們(men) 要考慮到使用激光還是普通光源，若選擇激光，那麽(me) 波長應該選擇多少，功率選擇多大，所選擇的激光器是那種類型的，對激光的穩定性是否有要求等等，當然還有很多其它要考慮的因素，在此不再贅述。本文主要通過描述麥克斯韋電磁波理論來簡單介紹光的基本性質，例如麥克斯韋方程、波動方程、能量流、坡印廷矢量等。
光的傳(chuan) 播
1.麥克斯韋方程組
光是一種電磁波，麥克斯韋方程的特性可以用四個(ge) 方程來描述。
上式，E和H分別為(wei) 電場和磁場矢量；p為(wei) 自由電荷密度；J為(wei) 自由電流密度；矢量場D和B分別為(wei) 電位移和磁感應強度。
方程1是自由空間電場的高斯定理：通過一個(ge) 封閉曲麵的電通量正比於(yu) 封閉曲麵內(nei) 的淨電荷量。方程2是自由空間磁場的高斯定理：通過封閉曲麵的磁通量為(wei) 零。方程3是自由空間的法拉第感應定理的數學表達式：隨時間變化的磁場產(chan) 生電場。方程4是自由空間的安培定理，指出隨時間變化的電場產(chan) 生磁場。這4個(ge) 方程在時間變化的情況下是相互影響的，電場和磁場相互作用構成電磁波，電場和磁場是由電荷和電流產(chan) 生的。
洛倫(lun) 茲(zi) 定理指出，當電荷q在電磁場(E,B)中以一定的速度運動時，會(hui) 受到力的作用，表達式如下：
在電場和磁場的影響下物質的特性用物質方程來描述，物質方程在非色散、各向同性、連續介質的情況下，可表示為(wei) :
式中，Jc為(wei) 傳(chuan) 導電流密度；Xe和Xm分別為(wei) 電化率和磁化率；介電常數ε和磁導率μ分別描述了均勻物質對給定頻率的電學元件和磁性元件的反應。
在沒有自由電荷(p=0)、非磁性、不導電(J=0,σ=0)的材料中：
在這裏一個(ge) 矢量的散度和旋度，例如矢量E的散度和旋度是:
2.光的本質
自由空間的四個(ge) 麥克斯韋方程聯立起來，可以得到zui終的兩(liang) 個(ge) 關(guan) 於(yu) 電場和磁場矢量的方程：
其中，拉普拉斯算子作用於(yu) E和B的每一個(ge) 分量；因此，電磁場的每一個(ge) 分量遵從(cong) 標量波方程。這表明了以矢量形式在自由空間傳(chuan) 播的電磁諧波的存在。即光的本質是電磁波。
（1）光是一種三維平麵電磁波
由上式可知E和B的每一個(ge) 分量都滿足微分波動方程，這個(ge) 事實可以說明光的三維平麵電磁波性質。在一個(ge) 垂直於(yu) 傳(chuan) 播矢量k的平麵上的一點r變化的磁場和電場可用下麵方程描述：
上式描述了具有相同頻率和具有相同傳(chuan) 播矢量k沿任意方向傳(chuan) 播的電磁諧波。
（2）光是一種橫波
電磁波是橫波，因為(wei) 矢量E和B位於(yu) 垂直於(yu) 傳(chuan) 播方向的平麵內(nei) ，這個(ge) 傳(chuan) 播方向由k來決(jue) 定。將上式代入麥克斯韋方程可得：
由於(yu) k·E=0,k·B=0,所以E和B一定垂直於(yu) k,這表明電磁波是橫波。
3.能量流和坡印廷矢量
電磁波傳(chuan) 播時攜帶能量。光波能量的表達式可以通過與(yu) 電容和電感儲(chu) 存能量類比而得到:
光波的總能量密度是構成光波的電場和磁場的能量密度總和:
一個(ge) 行波攜帶能量，能量以電磁場定義(yi) 的電磁波功率形式進行傳(chuan) 輸。在一個(ge) 時間間隔△t內(nei) ，通過垂直於(yu) 波的傳(chuan) 輸方向的麵積為(wei) A的總能量為(wei) u△V。這裏△V是由穿過的麵積A和長度c△t決(jue) 定的體(ti) 積，c△t是波在時間間隔△t內(nei) 所走過的距離。所以，波的功率可以表示為(wei) :
單位麵積的功率或者說單位麵積單位時間的能量流，為(wei) 能量通量：
由於(yu) 能量流沿著波的傳(chuan) 輸方向，能量通量S其實是一個(ge) 矢量，E×B的方向就是能量流的方向，矢量S可由電場和磁場矢量表示成：
S即為(wei) 坡印廷矢量。
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