11.2 光在电介质分界面上的反射和折射

《11.2 光在电介质分界面上的反射和折射》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、11.2光在电介质分界面上的反射和折射当光波从一种介质传播到另外一种介质中的时候，由于介质的物理性质不同，即折射率n不同，光在两种电介质分界面上会产生传播方向、振幅、相位、能量和偏振性的变化。这都来自于光与介质相互作用的结果。本教材抛开光与物质间相互作用的微观机制，用介电常数、磁导率和电导率等宏观量来表示大量原子的平均作用，根据麦克斯韦方程组和电磁场的边界连续条件进行讨论。（一）电磁场的连续条件在没有传导电流和自由电荷的两种介质中，磁感强度B和电感强度D的法线方向在界面上连续；电场强度E和磁场强度H的切向分量在界面上连续。紧邻边界面的场矢量，均可以分解为垂

2、直于边界的法向分量和平行于边界的切向分量；（二）几个基本概念（1）入射面两个电解质分界面的法线与入射光线组成的平面（一般平行于纸面）。（2）振动面电场矢量的方向与入射光线组成的平面；或者电场矢量所在的平面。电矢量一般不在入射面内振动，振动面和入射面之间存在一定的夹角α（3）电场矢量的分解任一方位振动的电场矢量E都可以分解成相互垂直的两个分量：通常把垂直于入射面振动的分量叫做s分量，记作Es；把平行于入射面振动的分量叫做p分量，记作Ep，注意：不发生相位变化时，s，p，k三者满足右手螺旋关系（由p转到s）①入射光、反射光和折射光具有相同的频率②入射光、反射光

3、和折射光三者波矢共面反射定律折射定律两中折射率分别为n1（ε1μ1）和n2（ε2μ2）的介质均为均匀、透明、各向同性；入射光、反射光和折射光均为平面光波，其电场分别表示为r是界面上任意点的矢径电磁场的边界条件：E的切向分量在界面上连续（三）菲涅耳公式光的电磁理论除了给出描述光在界面上传播方向的反射定律和折射定律外，还给出入射光、反射光和折射光之间的振幅、相位关系。光波中电矢量和磁场矢量的正方向规定（1）同一光波的波矢k，电矢量E和磁矢量B之间都必须满足右手螺旋关系；（2）所有垂直于入射面的场矢量的正向垂直于纸面向外；On1n2（3）两个场同相位或者反相位的

4、规定同相位：场量的振幅比为正值，则场矢量取规定的正方向反相位：场量的振幅比为负值，则场矢量取规定的反方向同相位和反相位一般是相对于入射光波来说On1n2On1n2s分量和p分量的正方向如图所示场量振幅的反射系数和透射系数分别定义为s波的菲涅尔公式On1（μ1）n2（μ2）利用类似方法，可以推出p分量的反射系数和透射系数表示式当两种电解质满足μ1=μ2的时候可得菲涅尔公式课后习题：第6题（反射和折射振幅比）作业：第9题折射波与入射波的振幅关系不论光波以什么角度入射至界面，也不论界面两侧折射率的大小如何，s分量相p分量的透射系数总是取正值反射波与入射波的振幅关

5、系（1）不管界面两侧折射率的大小如何，在入射角θ=θB时，p分量的反射系数总会出现零值，表明此时反射波中没有p分量，产生全偏振现象。（2）当n<1时，在入射角θ=θC时，s和p分量的反射系数都为1。这表示产生了全反射现象当光以某一持定角度=B入射时，在反射光中不存在p分量，透射光中含有全部p波和部分s波此时，入射角和相应折射角之和必须满足互为余角的关系，即B+2=900。利用折射定律，可得该入射角B称为布儒斯特角。例如，当光由空气射向玻璃时，n=1.52，布儒斯特角为B=56040。当rs，rp，ts，tp随着入射角的变化为正值的时候，即振

6、幅之比为正，表明两种场同相位，相应的相位变化是零反射波和折射波相对于入射波的相位变化当rs，rp，ts，tp随着入射角的变化为负值的时候，即振幅之比为负，表明两种场反相位，相应的相位变化是π。不论光波以什么角度入射至界面，也不论界面两侧折射率的大小如何，s分量和p分量的透射系数总是取正值，因此，折射光相对于入射光总是同相位。折射波相对于入射波的相位变化ts>0，折射光中的s分量和入射光s分量方向相同tp>0，折射光中的p分量和入射光p分量方向相同所以，在入射点处，合成的透射光矢量E2相对入射光场E1同向，没有相位位发生突变，或半波损失。1=0(或1

7、非零,小角度入射)的正入射情况On1n2n1n2折射波相对于入射波的相位变化不论光波以什么角度入射至界面，也不论界面两侧折射率的大小如何，s分量和p分量的反射系数有正负情况的转化，因此，反射光相对于入射光的相位有相同和相反的转化。反射波相对于入射波的相位变化反射波相对于入射波的相位变化s分量的反射系数小于零，说明反射光中的s分量相对于入射光中的s分量总是相位相反，或者说反射光中的s分量相对入射光中的s分量存在一个相位突变光疏介质传播到光密介质界面p分量的反射系数有正有负，即p分量相对于入射光的p分量存在相位相同和相位突变的情况由于rs<0，反射光中的s

8、分量与规定方向相反（即为垂直纸面向内方向）；由于rp>0，反射光中