物理光学1-5.ppt

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1、1波动光学基础§1.1光的波动性质*§1.2光波的函数表述*§1.3光的偏振态§1.4实际光波与理想光波*§1.5光在介质界面的反射与折射第1章波动光学基础主要内容1.自然光在两种电介质分界面上的反射和折射2.菲涅耳公式3.斯托克斯倒易关系4.布儒斯特定律5.反射光与透射光的半波损失（相位突变）7.反射光与透射光的能量分配1波动光学基础1.5光在介质界面的反射与折射6.全反射现象与应用光波具有振幅、相位、频率、传播方向和偏振态等诸多特性。因此，全面考察光在界面的反射和折射时的传播规律，也应包括：传播方向、能流分配、相位变化和偏振态变化。1.5.

2、1光在两种电介质分界面上的反射和折射1波动光学基础1.5.1光在介质界面的反射与折射一、电磁场的边值关系/边界连续条件在两种各向同性的无吸收介质界面运用Maxwell积分方程可得:即简记为:场量切向连续;感量法向连续.特别注意:边值关系中的场量和感量是同一位置、同一时刻的和矢。1波动光学基础1.5.1光在介质界面的反射与折射注意区分：二、反射和折射定律设（如图）：入射、反射、折射光波的电场矢量的S-分量分别为：光矢量的s分量-垂直于入射面振动界面；入射面；振动面.光矢量的p分量-平行于入射面振动r—是在界面上的任一点的位置矢量。1波动光学基础1.

3、5.1光在介质界面的反射与折射１．２．３．1波动光学基础1.5.1光在介质界面的反射与折射由可得即②反射光线、折射光线与入射光线均位于同一平面—入射面内；④入射角的正弦与折射角的正弦之比，对于给定介质及光波长，是一个常数。结论：及③反射角与入射角相等；①反射光波、折射光波与入射光波频率相同；1波动光学基础1.5.1光在介质界面的反射与折射入射自然光矢量E的分解：p分量：偏振面//入射面；s分量：偏振面⊥入射面．1波动光学基础1.5.2菲涅耳公式1.5.2菲涅耳公式将随着时间和空间变化的E分解为相互垂直的两个分量,意在:①将变化的矢量问题化为标量处

4、理;②变化的矢量方向有了描述的参照系.1波动光学基础1.5.2菲涅耳公式在界面使用电磁场边值关系:复振幅反射系数与透射系数:注意:2.在与近乎反向的情况下,若与近乎同向,则与也近乎反向.1.由矢量式改为标量式时,相互正交的的两个分量可以各自建立一个方程.注意:使用进行H、E之间的代换时，应当切记H、E之间是垂直关系。因此，1波动光学基础1.5.2菲涅耳公式由①、②、③、④可解得复振幅反射系数与透射系数1波动光学基础1.5.2菲涅耳公式菲涅耳公式1波动光学基础1.5.2菲涅耳公式引入中间变量——有效折射率则，菲涅耳公式可以简化为：1波动光学基础1.

5、5.2菲涅耳公式讨论：振幅反射系数与入射角的关系1波动光学基础1.5.2菲涅耳公式1波动光学基础1.5.2菲涅耳公式说明：①s分量和p分量分别独立地按照各自的规律反射和折射，其振幅反射比和振幅透射比仅取决于光束的入射角和两种介质的折射率，并且一般不相等——反射光和透射光的两个正交偏振分量的振幅一般不相等。②

6、E1s'

7、>

8、E1p'

9、；

10、E2s

11、<

12、E2p'

13、。③自然光入射时，反射光和透射光均为部分偏振光。④圆偏振光入射时，反射光和透射光均为椭圆偏振光。⑤线偏振光入射时，反射光和透射光仍为线偏振光，但振动面相对于原入射光有一定偏转。1波动光学基础1

14、.5.2菲涅耳公式定义：外反射：自然光以入射角i1由介质1进入介质2时的反射内反射：自然光以入射角i2由介质2进入介质1时的反射取：振幅外反射比：rs、rp，振幅外透射比：ts、tp振幅内反射比：rs'、rp'，振幅内透射比：ts'、tp'斯托克斯倒易关系：1.5.3斯托克斯倒易关系1波动光学基础无论是s分量还是p分量，其内反射与外反射的振幅反射比大小相等，符号相反，相应的振幅透射比（ts与ts'，tp与tp'）总是符号相同。结论：1.5.3斯托克斯倒易关系布儒斯特角：折射光线与反射光线方向正交时的入射角iB布儒斯特定律：入射角等于布儒斯特角iB

15、时，反射光只存在偏振面垂直于入射面的偏振分量（即s分量）图1.3-9自然光以布儒斯特角入射时的反射和折射iBE1pE1sk1iBE1s'k1'iBk2E2pE2sn2n1若n1=1，则数学表示：1.5.4布儒斯特定律1波动光学基础1.5.4布儒斯特定律①自然光以布儒斯特角入射时，反射光为振动面垂直于入射面（s分量）的线偏振光，透射光变为部分偏振光。说明：③线偏振光以布儒斯特角入射时，若其振动面与入射面垂直，则反射光和透射光均为振动面垂直于入射面的线偏振光；若入射光振动面与入射面平行，则反射光强度为0，即全部透射.②圆偏振光以布儒斯特角入射时，反射

16、光仍为振动面垂直于入射面（s分量）的线偏振光，透射光变为椭圆偏振光。1波动光学基础1.5.4布儒斯特定律结论：①自然光自疏（快）介质向密