大学物理光学1-5.ppt
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1、1 波动光学基础 1.1 光的波动性质 *1.2 光波的函数表述 *1.3 光的偏振态 1.4 实际光波与理想光波 *1.5 光在介质界面的反射与折射 第1章 波动光学基础 主要内容 1.自然光在两种电介质分界面上的反射和折射 2.菲涅耳公式 3.斯托克斯倒易关系 4.布儒斯特定律 5. 反射光与透射光的半波损失(相位突变) 7. 反射光与透射光的能量分配 1 波动光学基础 1.5 光在介质界面的反射与折射 6. 全反射现象与应用 光波带有振幅、相位、频率、传播方向和偏振态等 诸多特性。因此,全面考察光在界面的反射和折射时的传 播规律,应包括:传播方向、能流分配、相位变化和偏振 态变化。 1.
2、5.1 光在两种电介质分界面上的反射和折射 1 波动光学基础 1.5.1 光在介质界面的反射与折射 一、电磁场的边值关系/边界连续条件 在两种各向同性的无吸收介质界面运用Maxwell积分方程可得: 即 简记为: 场量切向连续; 感量法向连续. 特别注意: 边值关系中的场量和感量是同一位置、同一时刻的和矢。 1 波动光学基础 1.5.1 光在介质界面的反射与折射 注意区分: 二、反射和折射定律 i1 i2 i1 n1 n2 图1.2-3 光在两种介质分界面上的反射与折射 设:入射、反射、折射光波的电场矢量的S-分量分别为: 光矢量的s分量-垂直于入射面振动 界面;入射面;振动面 光矢量的p分量
3、-平行于入射面振动 r是在界面上的任一点的位置矢量。 1 波动光学基础 1.5.1 光在介质界面的反射与折射 1 波动光学基础 1.5.1 光在介质界面的反射与折射 即 反射光线、折射光线与入射光线均位于同一平面入射面内; 入射角的正弦与折射角的正弦之比,对于给定介质及光波长,是一个常数。 结论结论 : 及 反射角与入射角相等; 反射光波、折射光线与入射光波频率相同; 1 波动光学基础 1.5.1 光在介质界面的反射与折射 入射自然光矢量的分解: p分量:偏振面/入射面; s分量:偏振面入射面 1 波动光学基础 1.5.2菲涅耳公式 1.5.2 菲涅耳公式 将随着时间和空间变化 的E分解为相互
4、垂直的两个 分量, 意在: 将变化的矢量问题化 为标量处理; 变化的矢量方向有了 描述的参照系. 1 波动光学基础1.5.2 菲涅耳公式 在界面使用电磁场边值关系: 振幅反射系数与振幅透射系数: 注意: 2.在 与 近乎反向的情况下, 若 与 近乎同向, 则 与 也近乎反向. 1.由矢量式改为标量式时, 相互正交的的两个分量可以各自建立一个方程. 注意: 使用 进行 H、E 之间的代换时,应当切记 H、E 之间是垂直关系。因此, 1 波动光学基础1.5.2 菲涅耳公式 由 、 、 可解得振幅反射系数与振幅透射系数 1 波动光学基础1.5.2 菲涅耳公式 菲涅耳公式 1 波动光学基础1.5.2
5、菲涅耳公式 引入中间变量 有效折射率 则,菲涅耳公式可以简化为: 1 波动光学基础1.5.2 菲涅耳公式 讨论:振幅反射系数与入射角的关系 1 波动光学基础1.5.2 菲涅耳公式 1 波动光学基础1.5.2 菲涅耳公式 说明: s分量和p分量分别独立地按照各自的规律反射和折射,其振幅反射比 和振幅透射比仅取决于光束的入射角和两种介质的折射率,并且一般 不相等反射光和透射光的两个正交偏振分量的振幅一般不相等。 |E1s|E1p|; |E2s|E2p|。 自然光入射时,反射光和透射光均为部分偏振光。 圆偏振光入射时,反射光和透射光均为椭圆偏振光。 线偏振光入射时,反射光和透射光仍为线偏振光,但振动
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