1、物理科学与信息工程学院4.4 反射光在反射点产生的相位跃变反射光在反射点产生的相位跃变 半半波损失波损失第四章第四章 波动光学的电磁理论基础波动光学的电磁理论基础 （Electromagnetic theory of wave optics）一、反射光与折射光的相位变化一、反射光与折射光的相位变化 前面我们规定了入射光、反射光、折射光中前面我们规定了入射光、反射光、折射光中P、S分量的正方分量的正方向，并认为它们的振幅均为正值。若由菲涅尔公式得出的反射向，并认为它们的振幅均为正值。若由菲涅尔公式得出的反射光或折射光光或折射光P、S分量为负值，则说明其相应分量的相位发生了分量为负值，则说明其相应
2、分量的相位发生了 的的突变。突变。由菲涅耳公式以导出反射光、折射光在反射点的相位变化规律。由菲涅耳公式以导出反射光、折射光在反射点的相位变化规律。物理科学与信息工程学院1.1.反射光的位相变化反射光的位相变化 光在介质表面发生反射时有两种情况：光在介质表面发生反射时有两种情况：外反射外反射 ：光由光疏介质射入光密介质时发生的反射：光由光疏介质射入光密介质时发生的反射内反射内反射 ：光由光密介质射入光疏介质时发生的反射：光由光密介质射入光疏介质时发生的反射 1).1).外反射外反射（1 1）P P分量的相位变化。分量的相位变化。对于外反射，对于外反射，且且i1 和和i2 都小于都小于/2/2 物
3、理科学与信息工程学院由由菲涅耳公式：菲涅耳公式：因为因为 所以所以r rp p的正负完全由分母决定。的正负完全由分母决定。当当这时的入射角用这时的入射角用iB表示，称为表示，称为布儒斯特角布儒斯特角。当当代入折射定律代入折射定律,可得可得:物理科学与信息工程学院即当以即当以iB 入射时，入射时，反射光中没有反射光中没有P P分量，只有分量，只有S S分量分量.当当无相位跃变。无相位跃变。a.a.b.b.当当 什么情况下，透射光没有反射能量损失？什么情况下，透射光没有反射能量损失？反射光的反射光的P P分量发生相位分量发生相位 跃变。跃变。物理科学与信息工程学院(2)(2)反射光中反射光中S S
4、分量的相位变化分量的相位变化 对于外反射对于外反射,由由 因为因为 所以所以 反射光中，反射光中，S S分量有分量有 的相位跃变。的相位跃变。0 0 物理科学与信息工程学院2 2）内反射时反射光在反射点的相位变化。）内反射时反射光在反射点的相位变化。(1)P(1)P分量：分量：对于内反射对于内反射将将发生全反射。发生全反射。a.a.当当 因此，因此，P P分量发生分量发生 的相位跃变。的相位跃变。b.b.当当 因此因此 P P分量无相位跃变。分量无相位跃变。物理科学与信息工程学院将发生全反射。将发生全反射。C.C.当当其相位的改变量为：其相位的改变量为：满足下式：满足下式：0 0 物理科学与信
5、息工程学院(2)S(2)S分量的相位变化分量的相位变化内反射时：内反射时：a.a.当当因此因此 则则S S分量无相位跃变。分量无相位跃变。（b b）当）当将发生全反射。将发生全反射。其其S S分量的相位改变为分量的相位改变为物理科学与信息工程学院满足下式：满足下式：0 0 物理科学与信息工程学院2.2.折射不改变相位。折射不改变相位。对于外反射对于外反射对于内反射对于内反射 无论入射角无论入射角i1大小如何，都有大小如何，都有 二、光反射时的半波损失二、光反射时的半波损失 光波具有时空双重周期性，在光程上，每隔半个波光波具有时空双重周期性，在光程上，每隔半个波长光矢量的振动方向相反。长光矢量的
6、振动方向相反。当光在两种介质界面上反射时，如果反射光的光矢当光在两种介质界面上反射时，如果反射光的光矢量振动方向相对于入射光的光矢量变成共线反向。或量振动方向相对于入射光的光矢量变成共线反向。或者说在反射点反射光电矢量相对于入射光电矢量相位者说在反射点反射光电矢量相对于入射光电矢量相位突变突变，这种现象称为，这种现象称为“半波损失半波损失”。物理科学与信息工程学院其意义是：其意义是：在折射点，折射光的振幅相位不因折射而产生变化。在折射点，折射光的振幅相位不因折射而产生变化。即在折射点，折射光总是与入射光的振动同相位。即在折射点，折射光总是与入射光的振动同相位。物理科学与信息工程学院1.1.正入
7、射，外反射时，反射光产生半波损失正入射，外反射时，反射光产生半波损失正入射时正入射时 i1=0，由外反射时的相位跃变图可知，由外反射时的相位跃变图可知，反射光反射光P，S分量的相位改变量分别为分量的相位改变量分别为 A Ap1p1A As1s1规定正方向规定正方向由图可以看出：由图可以看出：实际振实际振动方向动方向物理科学与信息工程学院由菲涅耳公式知，当由菲涅耳公式知，当i1=0=0时，时，如图，在反射点，反射光和入射光矢量的振幅如图，在反射点，反射光和入射光矢量的振幅A A1 1与与A A1 1共共线反向，说明由于反射，在反射点，反射光电场矢量相对线反向，说明由于反射，在反射点，反射光电场矢
8、量相对于入射光电场矢量相位跃变了于入射光电场矢量相位跃变了，即反射，即反射光电场矢量产生光电场矢量产生了半波损失。了半波损失。物理科学与信息工程学院2.2.掠入射，外反射时，反射光产生半波损失掠入射，外反射时，反射光产生半波损失大角掠射时，大角掠射时，按照按照P,SP,S分量各自约定的正方向在反射点处。如图分量各自约定的正方向在反射点处。如图 A AP1P10,A0,AP1P10,0,A0,AS1S10,0,A AS1S1与与A AS1S1实际振动方向反向。实际振动方向反向。物理科学与信息工程学院由菲涅尔公式：由菲涅尔公式：因此，在反射点反射光电因此，在反射点反射光电场矢量和入射光电场矢量的场
9、矢量和入射光电场矢量的振幅振幅A A1 1与与A A1 1共线反向。即共线反向。即反射光的电场矢量反射光的电场矢量产生了半产生了半波损失。波损失。类似可知：类似可知：3.3.内反射时，反射光无半波损失。内反射时，反射光无半波损失。4.4.在任何情况下，折射光永不产生半波损失。在任何情况下，折射光永不产生半波损失。物理科学与信息工程学院三、介质板上下表面反射和折射时的半波损失三、介质板上下表面反射和折射时的半波损失 若光在两介质界面上反射若光在两介质界面上反射时的时的物理性质不同物理性质不同(物理性物理性质不同是指一个面是外反射，质不同是指一个面是外反射，一个面是内反射一个面是内反射)两两反射相
10、干光反射相干光1 1、2 2之间将产生之间将产生/2/2的附加光程差。的附加光程差。两两透射相干光透射相干光1 1、2 2 之间不产生之间不产生/2/2的的附加光程差。附加光程差。若光在两介质界面上反射若光在两介质界面上反射时的时的物理性质相同物理性质相同(物理性物理性质相同是指上下两个面都是质相同是指上下两个面都是是外反射，或着都是内反射是外反射，或着都是内反射)两两反射相干光反射相干光1 1、2 2之间不产生之间不产生/2/2的附加光程差。的附加光程差。两两透射相干光透射相干光1 1、2 2 之间将产生之间将产生/2/2的的附加光程差。附加光程差。3n即即 或或 内反射时，折射角随着入射角
11、的增大而增大，当内反射时，折射角随着入射角的增大而增大，当折射角等于折射角等于900 时，对应的入射角为时，对应的入射角为 i c。点光源点光源.全内反射全内反射称作称作临界角。临界角。四、全内反射四、全内反射 临界角临界角内反射：内反射：光从光密媒质入射到光疏媒质光从光密媒质入射到光疏媒质。外反射：外反射：光从光疏媒质入射到光密媒质光从光疏媒质入射到光密媒质。物理科学与信息工程学院当入射角大于等于当入射角大于等于 时，全部光能量都反回原时，全部光能量都反回原介质介质这种反射叫作光的这种反射叫作光的全反射全反射，或叫作光的，或叫作光的全内全内反射反射。可以计算出可以计算出由折射定律由折射定律:本节结束本节结束四、全内反射四、全内反射 临界角临界角
