第41卷第12期大学物理Vol．41No．122022年12月COLLEGEPHYSICSDec．2022收稿日期:2022－02－19;修回日期:2022－05－06基金项目:国家自然科学基金(12174052)资助作者简介:董正高(1979—)，男，江苏兴化人，东南大学物理学院教授，博士，主要从事基础物理教学和人工电磁材料的研究工作．复杂电磁波的动量密度董正高(东南大学物理学院，江苏南京211189)摘要:对均匀平面电磁波的情况，坡印廷矢量所描绘的纵向传播动量图像清晰、简明．但对于具有涡旋相位或非均匀偏振态的复杂电磁波来说，坡印廷矢量能体现更丰富的动量内涵．本文基于电磁波的相量表达方法，从坡印廷矢量出发，在傍轴情况下分析了复杂电磁波的纵向传播动量以外的横向轨道动量、横向自旋动量，列举了几种典型电磁波中不同物理起因的横向动量特征，并结合相位分布图像进行了解释．关键词:坡印廷矢量;动量密度;轨道动量;自旋动量;复杂电磁波中图分类号:O4－1文献标识码:A文章编号:1000-0712(2022)12-0026-05【DOI】10．16854/j．cnki．1000-0712．220085大学物理课程的电磁学、电动力学、光学等相关教学内容中，坡印廷矢量是认识电磁波的一个重要物理量，然而对相关概念的分析并不是很深入．适当拓展、深化相关概念的教学，更好地与当前科研领域相衔接，培养新时代大学生今后走上工作岗位的前沿探索意识和科技创新素质，是当前课程思政教改的重要一环．众所周知，在普通物理的教学中，一般以均匀平面电磁波为例，对坡印廷矢量仅限于较简单地讲解:该矢量对应电磁波的能流密度，其方向就是电磁波传播的方向［1，2］．相关的教学内容，很直观地让学生认识到坡印廷矢量所反映的电磁波传输的能流特征，也即电磁波具有的纵向传播动量的本质．不过，对于普遍意义上的复杂电磁波来说，比如近年来引起广泛兴趣的矢量光场［3，4］，结合麦克斯韦方程对坡印廷矢量进行适当的数学推导，就可以发现该矢量除了包含有纵向能流对应的动量之外，还具有横向轨道动量以及一种跟电磁波偏振态相关的内禀能流———自旋动量［5－7］．本文基于对坡印廷矢量的分解，从动量的角度对该矢量进行了讨论，重点阐述了几种复杂光场中坡印廷矢量所蕴含的横向轨道动量和自旋动量．1坡印廷矢量在教科书中，坡印廷矢量的定义式为S(t)=E(t)×H(t)(1)对于时变的电磁场来讲，式(1)是含时的瞬态表达式．如果电磁波的频率非常高，比如光波，实际更关心坡印廷矢量的时间平均值．教学中会通过下式来计算坡印廷矢量在一个周期T内的时间...
