菲涅尔公式给出反射光波.PPT

§1-2 光波在各向同性介质界面上的反射和折射 电磁场在两个介质面上的边值关系： 1-2-1光在两个介质面上的 反射和折射 光在两个介质面上的反射和折射本质上是光波的电磁场与物质相互作用的问题，问题的严格处理是比较复杂的。 我们将采取比较简单的方法： 不考虑个别分子、原子的性质，用介质的介电常数，磁导率表示大量分子的平均作用，根据麦克斯韦方程组和电磁场的边值关系来研究平面光波在两介质分界面上的反射和折射问题。 1-2-1光在两个介质面上的 反射和折射 一、反射定律和折射定律 ： 当一个单色平面光波射到两种不同介质的分界面时，将分成两个波，一个折射波和一个反射波。 从电磁场的边值关系出发，可以证明这两个波的存在，并求出它们的传播方向以及与入射波的振幅和相位关系。 1-2-1光在两个介质面上的 反射和折射 如图所示：介质1和介质2的分界面为无穷大平面，单色平面波从介质1射到分界面上。 1-2-1光在两个介质面上的 反射和折射 设入射波，反射波和折射波的波矢量分别为 ， 角频率为 则这三个波可分别表示为： 1-2-1光在两个介质面上的 反射和折射 1.位置矢量的原点可选取为分界面上的某点O； 2.由于三个波的初位相可以不同，故振幅一般为复数； 3.介质1中的电场强度是入射波和反射波电场强度之和。 则：应用边值关系： 1-2-1光在两个介质面上的 反射和折射 将波函数表达式代入则 ： 1-2-1光在两个介质面上的 反射和折射 1 上式对任何时刻t都成立，则 即：入射波，反射波，折射波频率相同。 2 上式对界面上的位置矢量r都成立 则 折射、反射定律只解决了平面光波在两个介质分界面上的传播方向问题。 平面光波在两个介质分界面上能量分配问题，需要用菲涅耳公式来解决。 菲涅尔公式描述折、反射波（复）振幅与入射波（复）振幅之间的关系，是物理光学中的又一组基本公式。 研究该问题的基本思路：我们可以把入射波电场的振幅矢量分解成两个分量，一个分量垂直于入射面，称为“s”分量；另一个分量在入射面内，称为“p”分量。 根据叠加原理：可以只研究入射波电场仅含s分量和仅含p分量这两种特殊情况；当两种分量同时存在时，则只要先分别计算由单个分量所造成的折、反射波电场，然后再作矢量相加即可得到结果。 1-2-2菲涅尔公式 菲涅尔公式的表达 1-2-3反射率和透射率 能量守恒 1-2-4 反射光和折射光的相位特性 1-2-4 反射光和折射光的位相特性 1-2-5反射光、折射光的偏振特性 1-2-5反射光、折射光的偏振特性 1-2-6全反射 1、 cos?2的复数形式 若?1?c， sin?21 保持sin?1、cos?1不变，同时用?1表示有关?2的各量： 1-3 光波在金属表面的透射和反射 一、金属的特点 金属的电导率?满足?/(??)1，内部电荷密度?=0，表面电流密度j=?E，麦克斯韦方程为 2、光密 光疏 (n1 n2) （3） 时，发生全反射 （2）p波的位相跃变 （4）正入射时，无位相跃变 （1）S波无位相跃变 按偏振特性分类： 自然光（完全非偏振光）：具有一切可能的振动方向，在各个振动方向上观察时间内的平均值相等。 部分偏振光：各个振动方向上振动强度不相等。 完全偏振光：光矢量有确定不变的或有规则变化的振动方向。 完全偏振光包括：线偏振光，椭圆偏振光，圆偏振光 光波的能量 自然光（完全非偏振光） 完全偏振光 或 部分偏振光 折射光的偏振度 P=(IM-Im)/(IM+Im) 一、偏振度 光波的能量 定义 二、自然光的反射光、折射光的偏振特性 自然光的反射率 反射光的偏振度 1、自然光正入射和掠入射时，反射光和折射光 仍为自然光。 2、自然光斜入射时，反射光和折射光变成部分偏振光。 光密 光疏 入射角大于临界角时，全反射 时，Rp=0,Pr=1反射光是完全偏振光 激光器布氏窗 玻璃片堆 三、线偏振光的反射光、折射光的偏振特性 仍为线偏振光，但振动方位变化。 一、全反射现象 n1n2， sin ?c=n2 / n1 发生全反射 条件： n1n2，?1?c 二、全反射条件下菲涅尔公式 以上各量代入菲涅尔公式 可见反射系数为复数 且有|rs|=|rp|=1，表明光能全部返回，没有透射。 2、菲涅尔公式的复数形式 全反射时，s和p分量之间有位相差? ?= ?s-?p，控制入射角可用于产生偏振光。 s和p分量之间的位相差?=?s-?p由下式决定。 三、衰逝波 1、衰逝波的定义 发生全反射时，光波场