反射与折射产生偏振光的一个错误定义.doc

反射与折射产生偏振光的一个错误定义【摘要】指出文献1关于反射与折射产生偏振光的一个错误定义，通过电磁理论的分析给出了正确的结论。 【关键词】 反射光；折射光；偏振光1 问题的提出 文献1在讨论自然光在两种各向同性媒质界面反射和折射时提出：反射光和折射光都变为部分偏振光，如图1a(原文为图12-20a)所示。这是因为平行于界面的光振动容易被折射，垂直于界面的光振动容易被反射，反射光的偏振程度随入射角i而变，当i+r=90° 时，反射光是完全偏振光，此时i 称为布儒斯特角，如图1b（原文为图12-20b)所示。 此结论与反射光、折射光所产生实际偏振方向恰恰相反。那么，问题出在哪里呢？ 2 问题的产生及纠正 2.1 明确入射面与界面在讨论光的反射与折射产生偏振光的作用 按照文献1的语言描述，图1的结论是正确的。但文献1恰恰在文字叙述上出现了一个关键的错误，即将入射面用分界面代替了。而两者是有本质上的区别的。为讨论方便起见，我们作图2。其中MM′是两种介质（以空气和玻璃为例）的分界面。AB是一束自然光的入射线，BC和BD分别为反射线和折射线。入射角、反射角用i表示，折射角用r表示。 图2 入射光、反射光和折射光都在包含界面法线和入射波传播的平面内，该平面即为入射面。显然分界面与入射面是相互垂直的两个面。当光通过两种各向同性透明介质的分界面时，入射光分为折射光和反射光两部分，此两光的行进方向由折射和反射定律决定，而这两光的相对强度和振动取向则须由电磁理论来分析，并由电磁场的边界条件来决定，此种讨论都是以入射面为参照面进行的。 2.2 反射和折射时光的偏振方向 光是电磁波，但光与物质作用主要是电场矢量E起作用，因此我们在研究反射和折射直时主要讨论电场矢量。如图2所示，我们将入射的自然光分解为两个相互垂直的分量，一个是振动面平行于入射面的线偏振光，用Ep1表示，即图2中的小短线；另一个是振动面垂直于入射面的线偏振光，用s1表示，即图2中的小圆点，其反射与折射的电矢量振动的振幅分别用Ep1′、Ep2和s1′、s2表示。由电矢量的边界条件，可得菲涅耳公式2: 反射比 rp=Ep1′ Ep1=tan(i-r) tan(i+r)（1） rs=Es1 Es2=sin(i-r) sin(i+r)（2） 透射比 tp=Ep2 Ep1=2sinr)cosi sin(i+r)cos(i-r)（3） ts=Es2 Es1=2sinrcosi sin(i+r)（4） 当i+r=π/2时，由（1）式可知Ep1′/ Ep1=0 时，表示反射光中没有平行于入射面的电矢量，即没有平行于入射面的偏振光;由(2)式可知，Es1′/ Es1≠0 ，即自然光沿该角入射并进行反射时，其反射光为垂直于射面的完全线偏振光。 此角i=tan-1(n2/n1)为布儒斯特角。如图3所示。 图3 一般情况下，以空气和玻璃的分界面为例，此时n1=1.0, n2=1.5,代入(1)(4)式中可得图42。图中的纵轴代表反射比和透射比，横轴为入射角i，当i一定时反射光中|rs|rp| ，即垂直于入射面的光振动容易被反射，折射光中，tstp，即平行于入射面的光振动容易被折射。 图4 3 反射和折射产生偏振光的正确叙述 经过上述论证，我们应将文献1中有关反射和折射产生偏振光的叙述改为：自然光在两种各向同性媒质界面反射和折射时，反射光和折射光都变为部分偏振光，这是因为平行于入射面的光振动容易被折射，垂直于入射面的光振动容易被反射。图1a应改为图5,图1b应改为图3，同时文献1中原图12-21亦应改为图6所示3。 图5 图6 利用玻璃片堆产生完全偏振光【参考文献】 1 胡运惠.医用物理学.西安西北大学出版社，1999，213.2母国光，战元龄.光学.北京