1.4菲涅耳公式详解.pptVIP

研究该问题的基本思路：我们可以把入射波电场的振幅矢量分解成两个分量，一个分量垂直于入射面，称为“s”分量；另一个分量位在入射面内，称为“p”分量。 根据叠加原理：可以只研究入射波电场仅含s分量和仅含p分量这两种特殊情况；当两种分量同时存在时，则只要先分别计算由单个分量所造成的折、反射波电场，然后再作矢量相加即可得到结果。 这就是著名的反射定律和折射定律（Snell定律），它包括两个内容： 折射、反射定律只解决了平面光波在两个介质分界面上的传播方向问题。 菲涅尔公式描述折、反射波（复）振幅与入射波（复）振幅之间的关系，是物理光学中的又一组基本公式： 则在界面上能流反射率和透射率分别为： 所以， 可见，s分量能量守恒；同理可得，p分量能量守恒。所以，菲涅耳公式满足能量守恒 反射、折射时的偏振现象 总结洛埃镜实验和维纳实验，以及理论分析，可得半波损失产生的条件： 当光从光疏介质向光密介质入射时，反射光相位发生变化。但只有入射角接近0°或90°，即垂直入射或掠射时，反射光相位发生π的突变。 在任何情况下透射光都没有半波损。 六、全反射 当光波从光密介质射向光疏介质(n1?n2)时，将发生全反射。 瞬逝波与古斯－汉欣位移 实际上全反射现象并不象在几何光学中所描述的那样完全不进入n2，而是光波透过分界面，进入n2很薄的一层表面(深度约为光波波长)，并沿界面移动半个波长，再返回第一介质，如图所示。透入n2的这个波称为瞬逝波，沿界面的位移称为古斯－汉欣位移。 * 1.4 菲涅耳公式 （Augustin-Jean Fresnel 1788-1827） 光射在两种介质的界面上时，将发生反射和折射。能流的分配与入射角有关，还存在相位的跃变和偏振态的变化。 从电磁场的边界条件出发，可以得到 反射和折射定律，以及入射与反射、折射的振幅关系——解决光在界面上的强度分配问题。 菲涅耳在麦克斯韦之前得到了反射、折射公式. 在绝缘介质界面，无自由电荷和传导电流 电位移矢量法线分量连续 电场强度矢量切线分量连续 磁感应强度矢量法线分量连续 磁场强度切线分量连续 电磁场边界条件：电磁场边值关系由麦克斯韦积分方程给出，反映了电磁场在两种介质分界面处的突变的规律。 注： 为表面传导电流密度； 为表面自由电荷密度。 把电矢量分成两个分量: 规定s 分量的正方向为沿 y 轴正方向，p 分量的正方向为与s 分量和传播方向构成右手螺旋关系： p分量—— 平行于入射面 （光线方向与界面法线所确定的平面，如图中 xy面为界面，z轴为法线。） s分量—— 垂直于入射面。 图中的y轴方向。 x z O 对于s分量，设: 其中: 由电磁场边界条件，在界面（即z=0）处有： 因对于所有时间t，和所有x、y上式成立，所以： 因而， 可表达为： 由此可知道，（1）入射、反射和折射光线在同一个面内。 得到，（2） ，即反射角等于入射角； 以及， 从而， 菲涅耳给出在分界面处，入射波、反射波、折射波的s分量的振幅关系为： （1）入射、反射和折射光线在同一个面内。 （2）反射角等于入射角；以及， 再由磁矢量在界面（即z=0）处的条件： 并利用在非铁磁质中的关系： 同理可得出在分界面处，p分量的振幅关系。 （1）p分量的振幅反射率： （2）s分量的振幅反射率： （3）p分量的振幅透射率： （4）s分量的振幅透射率： 平面电磁波的能流密度： 一般 平面电磁波的能流密度与 成正比。 关于菲涅耳公式的讨论 一、菲涅耳公式中的能量守恒 既然 表示光的能量流动，为什么 . . . . . . . . . . i 0 i 0 n 1 n 2 90 0 r 以布儒斯特角入射 90 r 0 + = i 0 = 1 n n 2 tg i sin i sin r 0 = sin i sin 0 ( ) 90 i 0 0 = 0 n tg i 0 n 1 2 = 由折射定律： 布儒斯特定律 二、布儒斯特定律 （1）布儒斯特定律 当 时， P光的反射系数： 外腔式激光管加装布儒斯特窗，以产生线偏振激光。 假如封闭管子两端的玻璃窗口是垂直于管轴线的玻璃片，那么自然光每经过一个窗口表面就有大约4%的反射损失(96%透入)。光在M1 M2之间每个单程要4次穿过窗口表面。这样，光来回反射时，反射损耗太大就不能形成激光。 · · · · · · · · · · · i0 i0 · 激光输出 布儒斯特窗 M1 M2 · · i0 i0 光与物质的相互作用，本质上是光与电子