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1、学年题目：浅析光在介质表面反射时的半波损失姓名：学号：院系：物理与机电工程学院专业：物理学年级班级：2012级（1班）指导教师：2015年6月20日1目录摘要1引言11.半波损失定义12.菲涅尔公式对半波损失的解释22.1菲涅尔公式22.2由菲涅尔公式分析入射光与反射光和透射光的变化关系33.劳埃德镜实验分析53.1劳埃德实验53.2劳埃德镜实验条件53.3实验分析64.维纳驻波实验分析74.1维纳驻波实验75.对半波损失的诠释86.结束语9参考文献9浅析光在介质表面反射时的半波损失摘要：以菲涅尔公式为基础并结合劳埃德镜实验和维纳驻波实验的结论分析，分别通过电磁矢量以及光强的比较
2、来分析光在介质表面反射的半波损失现象。关键词：菲涅尔公式；劳埃德镜实验；维纳驻波实验；电磁矢量；半波损失ThelightinTheMediumSurfaceReflectionofShallowHalfWaveLossAbstract:TheFresnelformulabasedcombinedwithLoyd'smirrorexperimentandtheWienerstandingwaveexperimentresultsanalysis,respectivelythroughtheelectromagneticvectorandintensitycomparedtoanal
3、yzelightreflectedfromthesurfaceofthemedium,thehalfwavelossphenomenon.Keywords:Finelformula；Lloydmirrorexperiment；Wienerstandingwaveexperiment；Electromagneticvector；Halfwaveloss引言在平时常用的大学生光学教材中[1],对于光在介质的分界面上传播时,反射光是否出现半波损失现象,通常描述为“光从光疏介质入射到光密介质时,反射光的相位较之入射光的相位跃变了,即产生了半波损失”。教材中并没有针对其入射角以及光强变化所
4、带来的现象进行具体分析，因此提高了学生对半波损失的学习难度。本文以菲涅尔公式为基础，分别讨论劳埃德镜实验结果中的光强变化分析相位突变以及比较维纳驻波实验中电磁矢量，分析半波损失产生的条件并与实验结果比较从而得出结论。1.半波损失定义根据光的波动性可以将其划分为电磁波，我们可以将入射波、反射波和折射波的电矢量分成两个分量，其中有一个平行于入射面的另一个侧垂直于入射面，H垂直于入射面向外,对入射、反射以及折射光线,分别用H1S、H′1S、H2S表示,则E平行于入射面,分别用字符E1P、E′1P、E2P表示,方向如图b所示,其中:x、y8平面为两种媒质(折射率分别为n1和n2)的分界面
5、;i为入(反)射角;γ为折射角,满足折射定律:n1sini1=n2sini2a.三维图像b.二维图像图1光波在介质表面的反射现象由光的电矢量分解来分析半波损失可得到的大致表述为“在某些情况下，界面上反射波的E矢量相对于人射波的E矢量可以发生方向反转，这种方向反转相当于产生了相位突π。或者光程突变λ/2，习惯上常称为半波损失[2]’；“由于反射和折射所带来的E振动方向变化.其等效的相位或光程变化常称为附加相差或附加程差”，即在两图中入射波与反射波的E1P与E2P方向反转，相当于有半个波长的突变因而称之为半波损失。2.菲涅尔公式对半波损失的解释2.1菲涅尔公式利用电磁波理论中E、H的
6、关系和E、H在界面处的连续性条件,可得电场各分量满足的关系式如下。若H垂直于入射面向外,对入射、反射和折射光线,分别用H1S、H′1S、H2S表示,则E平行于入射面,分别用E1P、E′1P、E2P表示:(1)(2)(3)(4)8此为菲涅尔公式。其中折射率n=,v==,故n=εr。可以从上看出,反射和折射光的振动方向不单单与界面两侧介质的折射率有关,还与光的入射方向有关。需要在此说明的是,菲涅尔公式中各分量的方向规定是建立在E、H和光传播方向可以按照右手螺旋定则进行方向的确定[3]。若计算结果为正，则相应分量与规定方向相同,反之则方向相反。不能单单将其与入射光相应分量的符号关系和相
7、位关系直接的联系在一起[4]。2.2由菲涅尔公式分析入射光与反射光和透射光的变化关系根据菲涅尔公式通过简单的Fortran程序计,对n1=1.0,n2=1.5和n1=1.5,n2=1.0两种情形进行计算,得到反射和透射系数随入射角度的变化曲线如图2所示。图2反射系数与透射系数随入射角度变化曲线根据菲涅尔公式针对入射光进行讨论分析折射光线中垂直振动与平行振动的方向均与规定方好相同。由图3可以分析得到,针对于一般的斜入射状况与入射光相比,垂直振动方向不改变但是发生变化的尾平行振动方向
