工程光学第十章光的电磁理论基础.ppt

* 科学出版社　高等教育出版中心 * 10.3.3 频率相同、振动方向相互垂直的光波的叠加 频率相同、振动方向相互垂直的两列光波，叠加后的合成光波，其振动矢量末端的运动轨迹方程一般情况下是一个椭圆方程，这种矢量末端的运动轨迹为椭圆的光波称为椭圆偏振光。 通常规定迎着光传播方向观察，光振动矢量逆时针旋转时为左旋偏振光，反之为右旋偏振光。特殊情况下，椭圆方程可能蜕化成圆的方程或一条直线方程，此时方程所代表的光波分别称为圆偏振光和线偏振光，详细讨论见13.1 节。 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 10.3.4 不同频率单色光波的叠加 两个振幅相同、振动方向相同、传播方向也相同、频率不同但非常接近的两个单色光波的叠加。如图10-7 所示， (10-67) 图10-7 　两个不同频率单色光波的叠加 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 根据波的叠加原理，合成波的表示式为 (10-68) 式中 由式（10-68）可见，和振动是一个平均频率为ω 但振幅受ωm 低频调制的复色平面波。合成波的振幅为 (10-69) 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 合成波的强度为 (10-70) 以上面两个不同频率的单色光波的合成波为例，当频率为ω 的平面波以相速度ω ／k 向前传播时，调制波也以ωm ／km 的速度向前传播，这个速度称为群速度，以vg 表示，群速度反映了光波能量的传播速度。 对于前面讨论的单色光波来说，由波动方程所确定的光波速度v ＝ c／n 反映的是光波等相位面的传播速度，也称为相速度。 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 当两光波的频差ωm 很小时，群速度可表示为 (10-71) 将ω ＝ kv ＝ (2π/λ) v ＝ (2π/λ)(c/n)代入式（10-71） ，可得群速度与相速度的关系为 (10-72) 如果介质的折射率与光波的频率（波长）无关，则在这种介质中群速度与相速度相等，这种介质称为非色散介质，如真空。 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 菲涅耳公式 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 10.4 光在两种介质分界面上的反射和折射 反射定律和折射定律 2 1 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 电磁场的边界条件 菲涅耳公式的讨论 全反射与倏逝波 3 4 5 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 10.4.1 电磁场的边界条件 当界面上不存在自由电荷、电流分布时，电场强度矢量和磁场强度矢量的切向分量在界面上连续，而电位移矢量和磁感应强度矢量的法向分量在界面上连续。数学表示为 (10-73) 或 式中，n 、t 分别表示场的法向和切向分量。 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 反射和折射定律 代入电磁场的边值关系式： 入射光： 反射光： 折射光： 图10-8 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 反射和折射定律 上式中的指数因子应为零，即： 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 反射定律和折射定律的矢量表示式 即： 而： 故有反射定律： 折射定律： 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 菲涅尔公式及其讨论 S波（垂直于入射面分量） 根据 有 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 解得： 对电介质： 利用折射定律： 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * P波： 解得： 考虑折射定律： 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 反射和折射时的振幅关系 振幅透射系数： 振幅反射系数 ： 注：正值表明振动方向与假定的正方向一致（两个场同相位）；负值表示振动方向与假定的正方向相反（两个场反相位）。 布儒斯特定律 1812年，布儒斯特由实验证明：当入射角是某一个特定角时，使之满足： 图10-11 工程光学 第十章 光的电磁理论基础 * 科学出版社　高等教育出版中心 * 假设一束线偏振光垂直入射到两种介质的界面上，其偏振方向与界面的夹角为α ，图10-12表示了俯视界面的情况。 图10-12　正入射时的半波损失 光从光疏介质正入射到光密介质时，反射波有了半波损失。 对于掠入射（θ＝ 90°）的情况，反