电动力学 电磁场与电磁波课件第6章均匀平面波的反射与透射

第6章均匀平面波的反射与透射,6.1均匀平面波对介质分界面的垂直入射,细分为三种情形：,1.对一般导电介质分界面的垂直入射,设左右半空间充满两种均匀导电介质，介质参数如图所示。并设入射波沿z方向传播，沿x方向极化，则,入射波：,反射波：,介质1中的合成场,透射波：,介质2中的场,分界面上(z=0)，场的切向分量应连续，即,定义：,振幅反射系数,振幅透射系数,振幅反射系数和振幅透射系数之间满足关系,讨论：,一般情况下，本征阻抗1c和2c为复数，故和一般也是复数，这表明界面上的反射、透射和入射波之间存在相位差(附加相移)。,当介质1和2为理想介质时，本征阻抗1c和2c为实数，则和也是实数，透射波无附加相移，但反射波要视情形而定：,(a)若2c1c，则界面上(z=0)反射系数0，反射波无附加相移；,(b)若2cn1)，则界面上(z=0)反射系数0，反射波相移为，即界面处存在“半波损失”现象。,2.对理想导体平面的垂直入射,介质1：1=0理想介质介质2：2=理想导体,入射波：,反射波：,介质1中的合成场,介质1中的合成场的瞬时值,电场强度的振幅,最大值2Eim，其位置,最小值0，其位置,(驻波波节),(驻波波腹),磁场强度的振幅,介质1中合成波的平均Poynting矢量：,可见，驻波不传输电磁能量。,(V/m),解：(1),(2)入射波：,反射波：,z0区域的电场：,z2时，由折射定律知，it，反射系数是正值，入、反射波同相；反之，当12时，反射系数是负值，入、反射波反相，出现“半波损失”现象。,平行极化波,反射和透射系数满足：,对于非磁性媒质，120，,由此可见，透射系数T总是正值，反射系数则可正可负。,通过前面的分析可知，对于非磁性介质，不论是垂直极化还是平行极化的斜入射，透射系数总是正值，而反射系数则可正也可负。因此，如果反射系数为零，则电磁波功率将全部透入介质2中，产生全透射现象；如果反射系数的模|=1时，功率反射系数R=|2=1，此时电磁功率全部被反射回介质1，这种现象称为全反射。,5.全反射和全透射,全反射,此时,反射系数成为复数，但其模仍然为1，即,产生全反射现象。(1)式确定的角度c称为临界角(CriticalAngle)，而且(1)式成立的前提是21。,全反射的条件：,电磁波从波密介质1入射到波疏介质2，即21,入射角等于或大于临界角，即,全反射中透射波的性质：,发生全反射后，媒质2中的透射波电场强度为,表明：全反射时，透射波仍然存在且沿分界面方向传播(+x传播)，但其振幅在垂直界面方向上(即介质2的深度方向)按指数规律衰减，因此透射波只存在于界面附近，这种波称为表面波或称隐失波（evanescentwave）。,可以证明，进入介质2平均能流密度为零，即没有能量进入介质2；利用这个原理制做介质光波导，例如光纤。,在全反射条件下，界面相当于一个势垒，光子在界面法线方向之动量减少，能量小于势垒。作为经典粒子是不可能穿越势垒的。但光子具有波动性，可穿越势垒，隐失波又称光子隧穿效应（photonictunnelingeffects）,如何解释全反射条件下，透射介质中隐失波的存在？,光纤通信和集成光波导中的光波耦合问题，必需研究光子隧穿效应；,全透射,先考虑平行极化，对于非磁性介质，令反射系数/=0，得到,解上式得,此角度称为布儒斯特角(BrewsterAngle)，记为B。由式,从而,对于非磁性介质中的垂直极化波，令其反射系数为0：,因此垂直极化波斜入射到两种介质分界面时，不产