第一篇-第二章平面光波在两介质分界平面上的反射与透射..ppt

第二章平面光波在两种介质边界平面上的反射和传输曹建章、光波的反射和透射是薄膜光学的基本问题。在薄膜介质参数已知的情况下，假设介质分割界面是光滑平面，通常通过形状光学近似法解决平面光波电场振幅之间的关系(即反射系数和透射系数)。形状近似方法不仅可以用于均匀介质，还可以用于非均匀介质和吸收介质。本章首先讨论S-波反射和P-波反射，然后讨论吸收介质、非均匀介质和各向异性介质的反射和透射。在2.1各向同性理想介质接口的反射和透射2.1.1S-波反射和透射中，随机偏振状态平面光波的反射和透射可以分解为两个互垂极化叠加。通常，电场矢量被选择为垂直于入射面的垂直偏振(称为s波偏振)。选定的电场矢量是平行于入射面的平行偏振，称为p波偏振。如图2-1所示。可以记录入射平面光波的复合振幅矢量表达式根据格式(1-42)和样式(1-43)，r=0处电场的振幅，介质1处的波数，介质1的固有电阻系数。图2-1，入射波在笛卡尔坐标中传播方向的单位矢量。(2-1)，(2-2)，(2-2)，波面任意点的位置矢量与(2-1)的方式相同，反射平面波与透射平面波电场和磁场复合振幅矢量表达式，(2-3)，(2-1)根据边界条件，得到(2-7)、(2-8)、随机x(2-9)以生成两个表达式，这三个指数是相位匹配条件：(2-9)、(2-10)、(2-10)考虑到表达式(2-10)，表达式(2-9)在垂直解决方案上转换为两种，对于S波偏振，求出反射系数和透射系数的表达式为，(2-12)，(2-13)，(2-14)样式(2-14)和样式(2-15)为(2-16)、(2-17)、(2-18)、垂直入射的样式(2-17)可以创建入射平面波的复合振幅矢量表达式取决于(1-42)和样式(1-43)，具有电场的振幅，介质1的波数，1是介质1的固有阻力，平面，表面波传播方向的单位矢量，r是并且，r式(2-2)和式(2-3)、置换式(2-24)、入射平面光、波电场和磁场复合振幅矢量的表达也是如此，反射光和透射波电场以及磁场复合振幅矢量的表示是，(2-25)、其中k2和2分别是介质2的波数和唯一阻抗。根据边界条件(2-7)，对于任意x，要创建表达式(2-29)等式，请注意三个指数拓扑是拓扑匹配条件(2-28)，(2-29)，(2-30)，即需要注意的是，对于P波偏振反射和透射，在介质接口两侧引入光学有效导纳，(2-38)，对于P波偏振，用光学有效导纳表示的透射系数和垂直入射，透射系数公式为差分系数。2.2各向同性吸收介质接口的反射和传输2.2.1S-波反射和传输假定介质电导率，平面，(2-39)，(2-40)，如果波等振幅面与同相面匹配，则为(1-49)和样式(1-50)入射波：(2-41)，反射波：(2-42)，透射波：(2-43)，边界条件(2-7)得到随机x，(2-44)显然，吸收介质的折射定律与理想介质的折射定律的形式相同。相位匹配条件(2-45)、样式(2-44)、简化(2-46)、(2-47)、(2-48)、S波偏振的反射系数和透射系数在吸收介质内仍然存在关系，(2-54)，(2-55)，同样，S波反射和透射导入介质接口两侧的复光学有效导纳(2-52)和表达式(2-53)类似于2.2.2P波反射和透射入射波：反射波：(2-59)，(2-60)，透射波：(2-61)，同样，使用边界条件(2-7)和相位匹配条件，(2-)，(2-65)、(2-66)、(2-67)，对于P波偏振反射和透射，引入介质接口两侧复光学的有效导纳(2-66)和风格(2-67)，=2.3非均匀介质界面的反射和透射2.3.1几何光学的近似条件下不均匀4.1平面对称各向异性介质中麦克斯韦方程的分量形式，2.4.2.1各向异性介质接口S波反射和透射2.4.2.2各向异性介质接口P波反射和透射，=2.5.1 .上半场和EVP波，1 .也就是说，正弦波函数是第一象限中的增量函数，这是必需的。例如，如图2-8(a)所示，方程式(2-18)、型式(2-36)和方程式(2-37)是入射角为任何可能值时的S-wave反射系数和P-wave2.也就是说，根据snel的规则(2-12)或表达式(2-31)，透射角度大于入射角。也就是说，透射角度此时为(2-12)或(2-31)，因此称为临界角度。仍然，如公式(2-6)和样式(2-27)所示，在S-波的情况下，磁场只有z分量，电场沿着y方向，波廷定理表明，波在x方向传播，没有在z方向传播的波；对于P-波，电场只有-Z分量，磁场在y方向，波在x方向，Z方向传播的波没有图2-7所示。在这种情况下，从公式(2-17)和样式(2-36)中可以看出，当入射角大于临界角度时，发生整体反射(2-200)，快照，示例如图2-8(b)所示。因此，临界角度也称为镜面角度。3.如果入射角大于临界角，即根据斯奈尔定律，显然有透射角，那么斯尼尔定律就不成立了。为了建立Snel定律的形式，需要的透射角度为复合角度，表示式(2-12)将此表示式变为替代格式(2-6)、结果(2-201)、(2-202)、(2-203)、型式的相等常数是相等振幅面，如图2-7所示，相等常数是相等相位面。在介质2中，平行于界面传播并垂直于界面方向衰退的这种非均匀平面波称为事件波(EVA)，因为沿曲面传播，所以称为曲面波。(2-204)，2.5.2完全透射的fresnel反射系数，其入射角定义为布鲁斯特角，并记录为。对于s波偏振，阶(2-17)的分子为零，用这个表达式的两端平方，然后用(2-12)表达式，就不能很清楚地理解了。结果表明，斜入射的S波没有布鲁斯特角，即S波反射为零的入射角。(2-205)，(2-206)，对于P-波，顺序(2-36)的分子为零，使用(2-31)表达式，(2-208)入射光波这些讨论针对各向同性介质，但吸收介质、非均匀介质和各向异性介质也是可能的。(研究生学习内容，暂时性)2.5.3反射系数、透射系数振幅和相位取决于入射角，光波入射到两种介质的界面时，反射系数和透射系数随入射角的变化而变化。也就是说，反射系数和透射系数是入射角的函数。不管是s-波偏振还是P-波偏振，光波不仅可以通过接口改变入射波的振幅，还可以改变入射波的相位。菲涅耳反射系数通常是走廊，以模块和振幅的形式反映振幅和相位更方便，因此可以中和S波偏振反射系数的模式、P波偏振反射系数的模式以及S波、(2-211)、偏振反射系数的相位和P波偏振反射系数的相位，分别是反射系数的振幅图和反射系数的相位图以下以光波进入玻璃和空气的界面为例，分析了反射系数和透射系数随入射角的变化。图2-8显示了S-波偏振和P-波偏振反射系数、透射系数以及随入射角变化的关系曲线。1.在中，如图2-8(a)所示，并且(1)垂直入射，(2)扫描入射，(3)布鲁斯特角入射，(满意)，表示反射光波只有s波偏振，没有p波偏振，发生整体偏振现象。此外，反射系数的模式和入射角越大，入射角越大，反射系数越小。但是，如果在透射系数和范围内累加正值，就会发现透射波与入射波的相位相同。也就是说，电场矢量的方向与图中校正的方向一致，光通过接口的透射波不发生相位变化。在相位变化s波偏振的情况下，入射角在中，的范围内的反射系数取负，反射波相位中的部分突变，即电场矢量的方向与图2-1中校正的方向相反，相位变化如图2-9 (a)所示。在p波偏振的情况下，入射角通过布鲁斯特角后反射波的相位有所变化，相位变化如图2-9(b)所示。2.的情况由图2-8(b)知道，并且(1)垂直入射，(2)布鲁斯特角入射，反射光波只有s波偏振，没有p偏振，整个偏振现象；(3)临界角入射角，发生了上半场现象，但这是到目前为止还不能反观的“矛盾”。s波偏振的相位变化，范围内；当时拓扑从0到连续变化(图2-10(a)。对于p波偏振，在的范围上与的情况相反。在范围内.当时的拓扑从0到连续变化。相位变化如图2-10(b)所示。2.6反射率和透射率反射系数和透射系数分别表示反射波和透射波的电场振幅与入射波的电场振幅之比。但是实际上，反射比和透射比是实验室可以直接测量的量，所以需要推导反射比和透射比公式。反射率定义为反射波能量流与入射波能量流的比率，而透射率定义为透射波能量流与入射波能量流的比率，分别以r和t记录。电磁波的能量流密度是平均梯度向量，其物理意义是单位时间垂直于传播方向单位面而积累的能量。分为以下两种情况进行讨论：2.6.1理想介质子接口的反射比和透射率首先讨论S波偏振的情况，如图2-11所示。设定平面电磁波沿圆柱入射，做为两个理想媒体的边界面，其中圆柱与平面介面相交的剖面区域为a。入射、反射和透射波、电场复振幅分别为、和，获取入射、反射和透射波的平均能量流密度矢量具有表达式和介质1和介质2的折射率。相应的入射、反射和透射平均能量流定义为、(2-212)、(2-214)、(2-215)、(2-216)、(2-217)、反射率和透射率即，入射的能量流满足反射、(2-220)、(2-221)、能量流和透射的能量流的总和。对于S波偏振，包括等轴测(2-215)、表达式(2-216)和表达式(2-217)、使用(2-219)、使用(2-