电动力学课件42电磁波在介质界面上的反射和折射.ppt

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1、第四章第二节西华师范大学重点建设课程电磁波在介质界面上的反射和折射§2.电磁波在介质界面上的反射和折射电磁波入射到介质界面上，会发生反射、折射现象(如光入射到水面、玻璃面)。反射、折射定律有两个方面的问题：（1）入射角、反射角和折射角之间的关系问题；（2）入射波、反射波和折射波振幅和相位的变化关系。反射、折射既然发生在界面上，就属于边值问题。从电磁场理论可以导出反射和折射定律，也从一个侧面证明麦氏方程的正确性。机动目录上页下页返回结束一、反射和折射定律1．电磁场的边值关系机动目录上页下页返回结束2．反射、折射定律的导出过程（1）假设入射波为单色平面电磁波，反射、折射电磁波也为平

2、面电磁波（2）波矢量分量间的关系且和在一个平面内机动目录上页下页返回结束证明在界面上z=0,x，z任意机动目录上页下页返回结束因为　　　任意，要使上式成立，只有同理可以证明两边除以两边对x求偏导机动目录上页下页返回结束（4）入射、反射、折射波矢与z轴夹角之间的关系因此反射、折射波矢也在平面（3）入射波、反射波、折射波在同一平面入射波在平面且平面电磁波在两种介质中的相速二、振幅和位相的关系1．垂直入射面（平面）机动目录上页下页返回结束机动目录上页下页返回结束[Ⅰ]③①2．平行入射面（）入射面，假定与方向相同机动目录上页下页返回结束由边值关系得：[Ⅱ]3．在任意方向，可以分解为4．

3、相位关系分析（1），从光疏煤质到光密煤质但是与总是同相位。机动目录上页下页返回结束（2），从光密煤质到光疏煤质但与相位总是相同机动目录上页下页返回结束结论：（1）入射波与折射波相位相同，没有相位突变；（2）入射波与反射波在一定条件下有相位突变。对于垂直入射情况：由于按假定方向，与同方向，即同相位；若与假定反向，与反方向，即相位差，这种现象称为半波损失（在一般斜入射时，有分量，、,与方向不同，谈不上半波损失）。5．偏振问题这样，反射和折射波就被变为部分偏振光（各个方向上大小不完全相同）。（2）布儒斯特定律：若则反射波，即反射波只有分量；若自然光入射，则反射波为完全线偏振波。机动目

4、录上页下页返回结束（1）入射为自然光（两种偏振光的等量混合，在各个方向上均相同，）即由菲涅尔公式6．正入射（）的菲涅尔公式机动目录上页下页返回结束其中为相对折射率第二种情况就是半波损失补充作业：从边值关系导出正入射的菲涅尔公式三．全反射1．全反射现象特别是当时，折射定律的原形式将失去意义，这时一般观察不到折射波，只有反射波，因而称作全反射。实际上仍然有波透射入第二种介质，但是透射波仅仅存在于界面附近薄层中。机动目录上页下页返回结束折射定律折射波沿界面传播2．全反射情况下的表达式设为全反射情况下的平面波解，仍然假定入射波在平面，即，（但）①全反射条件为，由①、②得机动目录上页下页

5、返回结束因②机动目录上页下页返回结束复数3．折射波的特点①折射波在全反射时沿轴传播②折射波电场强度沿轴正向并作指数衰减③折射波只存在于界面附近一个层内，厚度与波长同量级（）4．全反射情况下振幅和相位关系机动目录上页下页返回结束垂直入射时：振幅大小相等，有相位差平行入射时：折射波平均能流密度入射到界面上的能量全部被反射，因此称为全反射