光波在介质界面上的反射和折射.ppt

1.2光波在介质界面上的反射和折射,一、基本电磁规律二、反射定律和折射定律三、Fresnel公式1、s波2、p波3、全透射4、全反射5、入射角对反射系数和透射系数幅值的影响6、入射角对反射系数相位的影响四、反射率和透射率,2,菲涅耳（法国1788-1827）,菲涅耳曾任土木工程师，1814年开始研究光学实验和理论，1823年被选为巴黎科学院院士，1825年被选为英国皇家学会会员。菲涅耳对光的本性进行了研究，独立提出光的波动说，完成了光是横波的理论。他发展了惠更斯理论，对光的偏振和双折射现象、旋光理论都有深刻的研究。,一、基本电磁规律,1、场的表示,2、边值关系一般形式,3、相位关系,4、幅值关系,IncidenceReflectiontransmission,4,斯涅尔定律的推导,上式必须对整个界面成立。选界面为z=0的平面，则上式应对任意时刻t和交界面上的任意点坐标(y,z)都成立，因此，必须各项的指数因子中t,y,z的系数都分别相等。,取入射波矢在xz平面上，有kiy=kry=kty=0。所以反射波矢和折射波矢都在同一平面上。,二、反射定律和折射定律,1、基本关系,2、反射定律,入射、反射、折射波矢量共面,3、折射定律,1、Fresnel公式s波,1、基本关系,2、反射系数和透射系数,7,菲涅尔（Fresnel）公式E入射面,8,菲涅尔（Fresnel）公式E入射面,2、Fresnel公式p波,1、基本关系,2、反射系数和透射系数,10,菲涅尔（Fresnel）公式E/入射面,11,布儒斯特(Brewster)定律,自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。,12,布儒斯特(Brewster)定律,当入射角满足关系式时，反射光为振动垂直于入射面的线偏振光，该式称为布儒斯特定律，i0为起偏振角或布儒斯特角。当光线以起偏振角入射时，反射光和折射光的传播方向互相垂直，即：,13,菲涅尔（Fresnel）公式分析,由斯涅耳法则可知，上述情况是在入射角满足下列条件时产生的。,以布儒斯特角入射的任意偏振光的反射光将是纯直线偏振光。利用这一原理（使用多层膜结构），可以制成使s偏振光几乎100反射、使p偏振光透射的偏振光束分离器。此外，布儒斯特角还用在使激光器无反射损耗地透射窗口。,14,布儒斯特(苏格兰1781-1868),布儒斯特是苏格兰物理学家。1781年12月11日出生于苏格兰杰德伯勒，1800年毕业于爱丁堡大学，曾任“爱丁堡杂志”、“苏格兰杂志”、“爱丁堡百科全书”编辑，爱丁堡大学教授、校长等。1815年被选为皇家学会会员，1819年获冉福德奖章。布儒斯特主要从事光学方面的研究。1812年发现当入射角的正切等于媒质的相对折射率时，反射光线将为线偏振光（现称为布儒斯特定律）。他研究了光的吸收，发现人为各向异性介质中的双折射。1816年发明万花筒，1818年发现双轴晶体，1826年制造出马蹄形电磁铁，1835年制造出灯塔用透镜，1849年改进了体视镜。,3、全透射(Brewster角),(1)定义,当rp等于零时的入射角，也称Brewster角(qB)。,(2)大小,(3)应用,16,3、全反射,设光波从光密介质射向光疏介质(n1n2)，折射角2大于入射角1。当sin1n2/n1时，2为90o，这时折射角沿界面掠过。若入射角再增大，使sin1n2/n1，这时不能定义实数的折射角。使2=90o的入射角1称为临界角，记作c即,当1c时，没有折射光，入射光全部返回介质1，这个现象为全反射。,4、全反射,(1)定义,当透射波传播方向和法线夹角等于90度时发生的物理现象。发生全反射的最小角度称为临界角(qc)。,(2)大小,(3)应用,rs、rp、ts、tp随入射角1变化曲线,5、入射角对反射系数和透射系数幅值的影响,19,菲涅尔（Fresnel）公式分析,菲涅尔公式同时也给出了入射波、反射波和折射波的相位关系。半波损失在E入射面的情况，为当21时12，因此，E1/E1为负数，即反射波电场与入射波电场反相，这现象即为反射过程中的半波损失。,6、入射角对反射系数相位的影响,图1-28rs、rp随入射角1的变化,四、反射率和透射率,1、定