物理光学12精品课件.ppt

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1、1.2光波在各向同性介质界面上的反射和折射1.2.1反射定律和折射定律假设二介质为均匀、透明、各向同性，分界面为无穷大的平面，入射、反射和折射光均为平面光波，其电场表示式为在图l—21所示的坐标情况下，有(1.2-1)1.2-21.2-31.2-4根据电磁场的边界条件：将(1.2-1）式代入电磁场的边界条件，得a)入射光、反射光和折射光具有相同的频率b)入射光、反射光和折射光均在入射面内，ki、kr和kt波矢关系1.2.2菲涅耳公式反射与折射定律描述了光在界面上入射光、反射光和折射光之间传播方向改变，

2、而光的电磁理论还可以进一步给出入射光、反射光和折射光之间的振幅、相位关系。菲涅耳公式正是入射、反射与折射成分之间振幅及相位关系的定量描述。光在介质面上的反射与折射特性与电矢量Ｅ的振动方向密切相关，而电矢量可在垂直传播方向的平面内振动。s（垂直）分量：电场矢量垂直于入射面振动的分量p（平行）分量：电场矢量平行于入射面振动的分量电矢量可在垂直传播方向的平面内任意方向上振动，而它总可以分解成垂直于入射面振动的分量和平行于入射面振动的分量．Fresnel公式就是确定两个振动分量反射、折射特性的定量关系式。１.

3、ｓ分量与ｐ分量2.反射系数和透射系数假设介质中的电场矢量为(1.2-11)(1.2-12)定义s分量和p分量的反射系数、透射系数分别为(1.2-10)s分量和p分量：(1.2-9)和1.2-143.菲涅耳公式假设界面上的入射光、反射光和折射光同相位，根据电磁场的边界条件及s分量、p分量的正方向规定，可得1.2-13利用折射定律，并由(1.2-13)式和(1.2-15)式消去Ets，经整理可得利用上式变为1.2-151.2-16将(1.2-10)式代入上式，利用(1.2-3)式关系，并根据反射系数定义再

4、由(1.2-13)式和(1.2-15)式消消去Ers，经运算整理得1.2-17(1.2-16)式和(1.2-17)式就是s分量的反射系数和透射系数表示式。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1.2-191.2-21如果已知界面两侧的折射率n1、n2及入射角，就可由折射定律确定折射角，进而可由菲涅耳公式求出反射系数、透射系数。1.2.3反射率和透射率它们是描述反射光、透射光和折射光能量关系的系数。如图：有一平面光波以入射角1斜入射到介质分界面，平面光波的强度为Ii每秒入射到界面上单位

5、面积上的能量为或入射光、反射光和折射光的能量分别为：和于是反射率和透射率可分别表示为：将菲涅耳公式代入，得s分量和p分量的反射率和透射率分别为由上述关系，有光在界面上的反射、透射特性由三个因素决定：入射光的偏振态，入射角，两界面介质的折射率。图1-26给出了由空气入射到光学玻璃及由光学玻璃射入空气中对应的反射系数随入射角的变化规律。由图可知：①掠入射时有190时，RsRp1可见，反射率、透射率与界面两侧的折射率有关。1.2-341.2-35②正入射时有a)一般情况下，反射率与偏振态有关，只有

6、当小角度正入射或大角度时：有RsRp。其中：b)当光以某一特定角1=B入射时，Rs和Rp相差最大，且Rp=0，由菲涅耳公式有2+B=90，即该入射角与相应的折射角互为余角，由折射定律可得：反射率R随入射角1变化的趋势是：1＜B时，R数值小，1>B时，R随着1的增大急剧上升，到达Rs＝RP＝1。布儒斯特角：1.2-36e)当n1＞n2时，存在一个临界角c，当1>c时，光波发生全反射。由折射定律，有全反射临界角:1.2-371.2.4反射和折射的相位特性2.反射光与入射光的相

7、位关系１）S分量p分量的相位变化关系折射光与入射光的相位关系：２）反射光与入射光的相位关系Case1小角度入射的反射特性①对于非零，小角度入射时，将产生相位突变，或称为半波损失。②这时反射光与入射光无半波损失。Case2掠入射n1n2,无相位突变①②该情形下存在半波损失。由图可知：1，2两束反射光的s分量与p分量的方向总是相反，因此上下两表面反射光的光场相位差，除了有光程差的贡献外，还有的附加相位差。３）薄膜上下表面的反射图1-32薄膜上下表面的反射1.2.5反射和折射的偏振

8、特性(2)部分偏振光：各振动方向上的振动强度不相等。(部分偏振光=自然光+完全偏振光)(1)完全非偏振光（自然光）：在各个振动方向上振动的偏振在观察时间内的平均值相等，初相位完全无关。1.偏振度任意光矢量可视为两个正交分量的组合。则：W=Ws+Wp完全偏振光:Ws=0或Wp=0部分偏振光:WsWp自然光:Ws=Wp偏振度的定义：在部分偏振光的总强度中，完全偏振光所占的比例。即1.2-38或1.2-39分别为两个正交方向上所对应的最大和最小光强。例：自然