物理光学与应用光学——第1章-2VIP免费

1.2光波在介质界面上的反射和折射1.2.1反射定律和折射定律1.2.2菲涅耳公式1.2.3反射率和透射率1.2.4反射和折射的相位特性1.2.5.反射和折射的偏振特性1.2.6.全内反射现象一、基本电磁规律),,(,)(0trileltillrkEE1、场的表示0201,trikkk),(,trlkkklzzlyylxxleeek2、边值关系一般形式0|)(0|)(00ztrizztrizHHHeEEEe3、相位关系tyryiytxrxixkkkkkk,4、幅值关系tzriztzriz000000)()(HeHHeEeEEe1.2.1反射定律和折射定律光由一种介质入射到另一种介质，在界面上将产生反射和折射。假设：二介质均匀、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:tr,i,e)(i0lEErktllll是界面上任意点的矢径r取图示的坐标界面xz21Oitriktkrkyjxir分界面法线根据电磁场的边界条件，可得:0)(0)(tiritrirkkrkk•入射光、反射光和折射光具有相同的频率；•入射光、反射光和折射光均在入射面内。界面21OitriktkrkCBA入射、反射、折射光波矢关系根据图所示的几何关系，可以得到：ttiirriisinsinsinsinkkkk应用关系式：k=nω/c，得ttiirriisinsinsinsinnnnn反射定律折射定律Snell给出了入射、反射和折射光传播方向之间的关系二、反射定律和折射定律1、基本关系0y＝令ik2、反射定律rxixkktyryiytxrxixkkkkkk,0tyry＝＝则kk入射、反射、折射波矢量共面tttxrrrxiiixkkkkkksin,sin,sin＝＝＝ri3、折射定律txixkktinnsinsin211.2.2菲涅耳公式由光的电磁理论，还可以给出入射、反射和折射光之间的振幅(光强)、相位关系。1.s分量和p分量2.反射系数和透射系数3.菲涅耳公式1.s分量和p分量把垂直于入射面振动的分量叫做s分量，把平行于入射面振动的分量称做p分量。规定s分量和p分量的正方向界面21OitriktkrkEipEisEtsErsEtpErp2.反射系数和透射系数的定义)(i0erktlmlmlEEm=s,p其s分量和p分量表示式为：)(i0erktlllEEl=i,r,t介质中的电场：mmmmmmEEtEEri0t0i0r0则s分量、p分量的反射系数、透射系数分别定义为：3.菲涅耳公式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：tsrsisEEE2tp1rp1ipcoscoscosHHH)sin()sin(1212isrsEE利用，上式变为：EH利用光的反射定律和折射定律，即可推出菲涅耳公式21212211221121210isrs0stantantantancoscoscoscos)sin()sin(nnnnEEr2121211221122121ip0rp0p2sin2sin2sin2sincoscoscoscos)tan()tan(nnnnEEr22111121210ists0scoscoscos2)sin(sincos2nnnEEtNoImage211211211121ip0tp0pcoscoscos2)cos()sin(sincos2nnnEEt1、基本关系2、反射系数和透射系数iprppEEr00tptrrpiipptrpipEEEHHHcoscoscos000000＝＝tzriztzriz000000)()(HeHHeEeEEeiptppEEt00)tan()tan(coscoscoscos212121122112nnnn)cos()sin(sincos2coscoscos2212121211211nnn2、Fresnel公式－p波已知界面两侧的折射率n1、n2和入射角θ1，就可由折射定律确定折射角θ2，进而可由菲涅耳公式求出反射系数和透射系数。rs、rp、ts、tp随入射角θ1变化曲线0102030405060708090-1.0-0.50.00.51.0θ1rstptsrpθB光疏到光密n1=1n2=1.5θ1rsrpθB0102030405060708090-1.0-0.50.00.51.0C光密到光疏n1=1.5n2=1rs、rp、ts、tp随入射角θ1变化曲线全透射(Brewster角)(1)定义当rp等于零时的入射角，也称Brewster角(B)。titinnsinsin2/212112tannnnB(2)大小(3)应用4、全反射(1)定义当透射波传播方向和法线夹角等于90度时发生的物理现象。发生全反...