光在各向同性介质及其界面所发生的现象

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1、第三章光通过各向同性介质及其界面所发生的现象折射率或波速沿各个方向相同。各向同性介质：§1光在各向同性介质界面上的反射和折射1.1菲涅耳反射折射公式问题光通过各向同性介质时会发生反射、折射等各种物理现象。反射、折射定律只解决了入射、反射、折射光传播方向间的关系，未涉及到三者间的振幅、位相、偏振态间的关系。菲涅耳公式可以解决上述问题。问题：单色平行光入射到无限大平面的交界面上(不考虑散射)讨论反射、折射光的状态入射光E1反射光E1’折射光E2入射光反射光E1’折射光E2已知求：可知菲涅耳公式约定1.将入射光分解为P、S分量且P⊥

2、SP分量的振动面∥入射面自然光入射ES分量ES=E/2P分量EP=E/2线偏振光入射P分量S分量EP，ES的大小由入射光矢的方位角决定且两分量间有一定的相位关系。P、S分量间相互独立，无相位关系。2．规定S正方向垂直纸面向外表示在界面入射点附近，S正方向向外折射光E2E2SE2P反射光E1’E’1SE’1P入射光E1E1SE1P定义菲涅耳公式可见：①r,t及由i1,n1,n2决定。②在反射和折射过程中，P、S两分量振动是相互独立的。当n1、n2一定时，r、t随i1改变而改变。例n1=1.0n2=1.5例n1=1.5n2=1.

3、0rsrp例1．光波正入射i1=0,i2=0(i10,i20)rp=-rs=n2-n1/n2+n1tp=ts=2n1/n2+n1例2．光波掠入射i190º;rp=rs=-1;tp=ts=0入射光几乎全部被反射1.2反射(透射)振幅比位相跃变(相移)已知r、t及由i1、n1、n2决定。（1）反射(透射)振幅比1）外反射：n1＜n2，即光从光疏光密介质。2）内反射：n1>n2，即光从光密光疏介质。一般分两种情况讨论1）外反射（n1＜n2）取n1=1.0，n2=1.5由图可见：①tpts总是正值。②rs为负值,rp有负值。

4、③当i1=iB时rp=0iB称为布儒斯特角2）内反射：n1>n2取n1=1.5，n2=1.0①tpts总是正值②rs为正值rp有负值③当i1=iB时rp=0④当i1=ic时rs=rp=1rsrp为什么图中r的值会有正、有负？负值表示什么？1）r,t为正值表示其分量方向与约定的正方向相同。若为负值，则分量方向与约定方向相反（3）位相跃变(相移)2）r,t是瞬时值比，也可看作是复振幅比。对复振幅比，比值中即包含振幅比的大小，也包含相位的变化。振幅比中出现负号——表示它们之间有的位相差。看图时：1）看随着i1变化，r、t的大小变化；

5、2）看随着i1变化，r、t的正负变化。若r、t为正值，表明反射、透射分量相对入射光在分界面处没有的位相跃变，若r、t为负值，则有的位相变化。外反射情况下(n1n2)的位相跃变当i1=48.5°（54.5°）时P分量比S分量位相超前/4菲涅耳菱形菱镜比较i10时外反射和内反射时反射光的振动方向与入射光的振动方向的关系n1n2例.1光波正入射i1=0,i2=0(i10,i20)rp=-rs=n2-n1/n2+n1若n10没有

6、的位相跃变对观察者来说※反射光在界面处发生了的位相跃变反射光P、S分量都与入射光P、S分量方向相反对观察者来说,反射光P、S分量都与入射光P、S分量方向相同※反射光在界面处没发生的位相跃变若n1>n2rs>0没有的位相跃变rp<0有的位相跃变i1=0,i2=0(i10,i20)rp=-rs=n2-n1/n2+n1光波正入射一般在i1〈iB时：光从光疏介质光密介质，反射光相对入射光在界面处有的位相跃变。光从光密介质光疏介质，反射光相对入射光在界面处无的位相跃变。例2．掠入射（n1

7、rs=-1i1900时，可近似认为反射光与入射光在同一直线上，两分量的方向均相反。※反射光波在界面处发生了的位相跃变例3．薄膜上下表面的反射1）i1n2,i1

8、射光相对入射光无位相跃变。i1>ic，反射光相对入射光有位相跃变，。3．讨论位相跃变的目的一般是为了处理一列波与另一列波的相干叠加问题，一般讨论相邻两束光波的位相差问题。（4）斯托克斯公式从n1到n2反射振幅比r，透射振幅比t；从n2到n1反射振幅比r’，