8.2 光在界面的反射和折射

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1、8.28材料的光学性能光在界面的反射和折射8.1光传播的基本性质8.2光在界面的反射和折射8.3光在各向异性介质中的传播8.4光的吸收、色散和散射8.5无机材料的透光性8.6无机材料的颜色8.7特种光学材料及其应用MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射8.2.1光的反射和折射8.2.1影响折射率的因素8.2.3反射率和透射率8.2.4介质的表面光泽MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射8.2.1光的反射和折射（1）反射定律ò反射线和入射线位于同一平面（即入射面）内；ò分别处于法线的两侧；ò反射角等于入射角，θ′=θ11MaterialsPhysics8.

2、2光在界面的反射和折射（2）折射定律¾折射率•绝对折射率：光在真空和介质中的速度之比。介质的绝对折射率是大于1的正数。cεμεμn===⋅=ε⋅μrrvεμεμ0000•相对折射率：在两种（各向同性）媒质中光速比值的物理量。nv21n==21nv12MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射¾材料的绝对折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。光密介质(折射率大的介质)：光的传播速度慢；光疏介质(折射率小的介质)：光的传播速度快。¾材料的折射率从本质上讲，反映了材料的电磁结构(对非铁磁介质主要是电结构)在光波作用下的极化性质或介电特性。铁磁性材料n=εμrr非铁磁性材料n=εrM

3、aterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射（2）折射定律ò折射线位于入射面内；ò折射线和入射线分别处于法线的两侧。ò对于单色光而言，入射角的正弦和折射角的正弦之比是一个常数。sinθnv121===n21sinθnv212MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射补充：费马原理--反射定律和折射定律的证明1.表述：光在空间两定点间传播时，实际光程为一特定的极值。2.表达式：BB∫n⋅ds=极值AnBds或:δn⋅ds=0∫AAMaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射补充：费马原理--反射定律和折射定律的证明3.讨论：①意义：费马原理是几何光学的基

4、本原理，用以描绘光在空间两定点间的传播规律。②用途：A.可以推证反射定律、折射定律等实验定律。由此反证了费马原理的正确性.B.推求理想成象公式。MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射证明：折射定律①折射线在入射线和法线决定的平面内只需证明折射点C点在交线OO’上即可.Y利用反证法：M设有另一折射点C’位于OO′线外，A则：必可在OO′上找到其垂足C”i1>CB‘P∵光程ΔAC′BΔAC′′B非极小值，OA’C‘’O’X这与费马原理相悖C‘i2n1∴假设错误n2Z即折射点应在交线OO′上B故折射线在入射线和法线所决定的平面内。MaterialsPhysics8.2光在界面的反

5、射和折射证明：折射定律②折射线、入射线分居法线两侧A、B、C点坐标如图示。沿此方向入射，必有x>x12222光程ΔACB=n1AC+n2CB=n1()x−x1+y1+n2()x−x2+y2dΔn(x−x)n(x−x)由费马原理有1122=+=0dx()x−x2+y2()x−x2+y21122Y∵x−x1>0MA(x,y)11∴x−x2<0⇒x2>xi1(x,0)‘OCBPx>x>xA’O’X即12n1i2n故折射线在入射线和法2ZB(x2,y2)线所决定的平面内。MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射证明：折射定律③n2sini2=n1sini1由费马原理有dΔn(x−x)

6、n()x−x1122=−=0dx()x−x2+y2()x−x2+y21122nA′CnCB′12Y−=0ACCBMA(x,y)nsini=nsini11∴2211i1(x,0)OCB‘PA’O’Xn1i2n2Z同理：也可证明反射定律。B(x2,y2)MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射8.2.1光的反射和折射8.2.1影响折射率的因素8.2.3反射率和透射率8.2.4介质的表面光泽MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射8.2.2折射率的影响因素（1）构成材料元素的离子半径和电子结构麦克斯韦关系式n=εr⋅μr对于陶瓷等无机材料：n=ε⋅μ≈εrrr因此

7、，介质的折射率随介质的相对介电常数ε的增大而增r大。而ε与介质的极化现象有关。当光的电磁幅射作用到介r质上时，介质的原子受到外加电场的作用而极化，正电荷沿着电场方向移动，负电荷沿着反电场方向移动，这样正负电荷的中心发生相对位移。外电场越强，原子正负电荷中心距离愈大。由于电磁幅射和原子的电子体系的相互作用，光波被减速了。MaterialsPhysics8.2光在界面的反射和折射8.2.2折射率的影响