半波损失与额外光程差专题

1、单色单色平面电磁波入射到两电介质分界面：平面电磁波入射到两电介质分界面：传播方向、振幅、相位、能量、偏振性传播方向、振幅、相位、能量、偏振性入射面nk1EpEEs界面 光是电磁波光是电磁波, 光在光在界面上反射和折射时应界面上反射和折射时应满足电磁场的边界条件满足电磁场的边界条件. 即即,21ttEE .21ttHH将入射光、反射光和折将入射光、反射光和折射光分解为射光分解为s和和p分量分量. s1H1pE s1H1n2nxyO为便于讨论为便于讨论 , 取入射面取入射面, 分别用两个图描述电场分别用两个图描述电场 s 分量分量和和 p 分量在反射和折射时振动振幅及方向变化分量在反射和折射时振动

2、振幅及方向变化.(2)首先讨论电场的首先讨论电场的p分量分量:1pE2pE再根据再根据,HES先确定入射面内先确定入射面内Ep1方向方向, 随后随后 由由“随线坐标随线坐标”定定.,p2p1EE确定确定.,211sssHHH图中六个分量都是图中六个分量都是O点处的值点处的值,为明显起见为明显起见,画在远离画在远离O点点的位置的位置.s2H 1i1i2i1i2i1i(2)首先讨论电场的首先讨论电场的p分量分量:由边界条件由边界条件, 各切向分量之间关系可表示为各切向分量之间关系可表示为,icosEicosEicosE22p11p11p.HHH2s1s1s(1)(2)根据根据,EHr0r0且透明介

3、质有且透明介质有. 1r因此上面因此上面(2)式可变为式可变为,EEE2p02r01p01r01p01r0即即,221111prprprEEE.221111pppEnEnEn(3)联立联立(1),(3) ,并代入并代入,isinnisinn2211得得 p 分量分量,)ii (tg)ii (tgEEr21211p1pp.)iicos()iisin(icosisin2EEt2121121p2pp振幅反射比振幅反射比:振幅透射比振幅透射比:,icosHicosHicosH2p21p11p1.EEEs2s1s1解得解得 s 分量的振幅反射比分量的振幅反射比:,)iisin()iisin(EEr212

4、1s1s1s振幅透射比振幅透射比:.)iisin(icosisin2EEt2112s1s2s对于对于 s 分量分量, 同理有同理有1n2n1pH. .p2Hp1H1sEs1Es2ExyO1i1i2i (b) 讨论讨论S分量分量二、半波损失的解释二、半波损失的解释反射光总振动方向和入射光反射光总振动方向和入射光总振动相反（相当于位相突变总振动相反（相当于位相突变 ）)ii (tg)ii (tgEE)iisin()iisin(EE21211p1p21211S1S12nn1 1、接近垂直入射接近垂直入射，0102030405060708090-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.4P光S光

5、12nn2 2、掠入射掠入射，0102030405060708090-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.4P光S光反射光总振动反射光总振动方向和入射光方向和入射光总振动相反（相总振动相反（相当于位相突变当于位相突变 ）半波损失半波损失：入射光在入射光在光疏介质中前进，遇到光密介质光疏介质中前进，遇到光密介质的界面时的界面时，在，在掠射或者正入射掠射或者正入射两种情况下，反射光的两种情况下，反射光的振动方向对于入射光的振动方向都几乎相反，都将在振动方向对于入射光的振动方向都几乎相反，都将在反射过程中产生半波损失。反射过程中产生半波损失。这种在同一点仅仅由于反这种在同一点仅仅由于反射而

6、出现相位突变的现象称为半波损失。射而出现相位突变的现象称为半波损失。 由由光密介质射向光疏介质时，不产生半波损失光密介质射向光疏介质时，不产生半波损失 相对与入射光线，折射光线永远不产生半波损失相对与入射光线，折射光线永远不产生半波损失三、额外光程差的解释三、额外光程差的解sin()sin()(sin2sin2sin)2(ssAiiiiaAiiii1s21211sA)iisin()iisin() 1a (A1p21211pA)iitan()iitan() 1a (A13232212212121)tan()tan()(cos)(sin2sin2sin)2(ppAiiiiaAiiiiiin1=n3=1,n2=1.5时a1,a2光线的反射系数 n1=n3=1,n2=1.5时a1,a2光线的反射系数 n1=1.5,n2=1.0 n3=1.5时a1,a2光线的反射系数 图5 n1=1,n2=1.5 n3=1.34时a1,a2光线的反射系数 图6 n1=1,n2=