3-2 光在平面界面上的反射和折射 光学纤维.ppt

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1、8/6/2021第1章　光的干涉3.2光在平面界面上的反射和折射光导纤维成像：总是希望能准确地反映物体的形状，也即是要求保持光束的单心性。实际情况，除平面镜反射外，其他情况下均不能保持光束的单心性。第三章不涉及“单心性”被破坏后引起的“像差”问题，仅讨论成像的最简单的基本条件，即近似认为光束的“单心性”仍能满足。3.2.1光在平面上的反射3.2.2光在两透明物质平面分界面上的反射和折射3.2.3全反射光导纤维3.2.4棱镜返回第3章8/6/2021第1章　光的干涉3.2.1光在平面上的反射如图，M为一平面界面；平面镜是一个最简单的不改变光束单心性，并能完善成像的光学系统。·

2、P·P’MP’是P的“虚像”N发光点P所发光束经平面镜反射后，反射光的延长线交于P’点。由光的反射定律知P’与P关于镜面对称；8/6/2021第1章　光的干涉3.2.2光在两透明物质　　平面分界面上的反射和折射反射光：保持单心性折射光：平行光束折射后仍是平行光－－光束的单心性保持；发散光束折射后，出现像散－－光束单心性被破坏；考虑P点所发两条靠得很近的光线的折射考虑P点所发的狭窄空间光束的折射考虑P点所发球面波的折射特例例3.18/6/2021第1章　光的干涉考虑P点所发两条靠得很近的光线的折射P’点与入射角i1有关，不是折射光束的顶点光束的单心性是否被破坏？Oxn2n1

3、yn1>n2A2B2A1B1·P’·PP2P1i1i2i1+Δi1i2+Δi2P（0、y），A1（x1、0）A2（x2、0），P1（0、y1）P2（0、y2），P’（x’、y’）由几何光学可计算出(附录3-1）：8/6/2021第1章　光的干涉考虑P点所发的狭窄空间光束的折射将T3-6绕y轴转一小角度，则以P为顶点的PA1A2，展成一个狭窄单心发散光束。考虑折射光：返回所有折射光的延长线都交y轴于线段P1P2的范围内，焦线P1P2称为弧矢像线；P’点描出一段很短的弧（垂直于图面），折射光的延长线彼此间相交于这段小弧，这段小弧称为子午像线；折射光束的单心性被破坏！弧矢像线⊥

4、子午像线Oxn2n1yn1>n2A2B2A1B1·P’·PP2P1T3-68/6/2021第1章　光的干涉返回单心光束：波面为球面；特性：面上所有点的曲率半径相等。折射光束：波面为曲面1点：最小曲率半径1AABCDABCDE最大曲率半径1C2点：最小曲率半径2A最大曲率半径2D…AB⊥CD7点：最小曲率半径7A最大曲率半径7E8点：最小曲率半径8B最大曲率半径8E…AB⊥CD最小曲率半径的轨迹AB最大曲率半径的轨迹CD为弧矢像线CD和子午像线AB曲面的特性：像散的特性8/6/2021第1章　光的干涉特例P点所发出的光束几乎垂直于界面，即i1=0，此时P1、P2、P’各点的坐

5、标为可见，此时P1、P2、P’三点重合，折射光束近似保持光束单心不变；入射方向越倾斜（i1越大）折射光的像散就越显著；在水面上观看水中物体（此时n1>n2，物体发光）沿竖直方向看，所见的像最清楚，此时像深y’（像似深度）小于物深y，即水中的物看似上升了；沿倾斜方向看时，像的清析度由于像散而受到破坏。示意图小角度入射时的折射成像公式8/6/2021第1章　光的干涉平面介质面折射示意图子午焦线光源介质分界面界面法线弧矢焦线返回8/6/2021第1章　光的干涉例3.1:使一束向P点会聚的光在到达P点前，通过一玻璃板，会聚点将向后移（图）分析：由于n0

6、面平行，则有i2’＝i2，i1’＝i1会聚点P’在P点后；由几何知识及折射定律可得返回Ani1i2Bi2’Ci1’DEPP’d由此可见，会聚点后移的距离不仅与玻璃的折射率n和厚度d有关，且与入射角i1有关。对一束会聚光，有不同的入射角，存在像差，只有当光束的立体角很小时，PP’才有确定的值；在i1＝0，即垂直入射的情况下，有8/6/2021第1章　光的干涉3.2.3全反射光导纤维全反射全反射时折射波的性质光导纤维－－全反射的应用8/6/2021第1章　光的干涉时，界面不再有折射光，而入射光全部被反射叫全反射全反射返回Oxn2n1yn1>n2·Pi1i1i2ici2=π/2若

7、n1n2，则i2>i1，若n1>n2，i1=ic，则i2=π/2，sini2=1i1↑→i2↑全反射临界角由折射定律i1i28/6/2021第1章　光的干涉全反射时折射波的性质－－例3.2折射光波可用复数函描述xn2Ei2zi1i1>icn1(>n2)若波在zox面内传播(上图)，则有利用折射定律，上式指数中的第一项为8/6/2021第1章　光的干涉继续折射光波此式表明：折射光波为一个沿z方向传播，但振幅在x方向按指数律衰减的波－表面波或倏逝波当i1>ic时，可令返回8/6/2021第