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物理光学与应用光学(第二版)第一章
③ 反射率与界面两侧介质的折射率有关。图1-24给出了在n1=1的情况下,光正入射介质时,介质反射率R随其折射率n的变化曲线。可以看出,在一定范围内,R与n几乎是线性关系, 当n大到一定程度时,R的上升就变得很缓慢了。在实际工作中,一定要注意n对R的影响。例如,正入射时,普通玻璃(n=1.5)的反射率R≈4%,红宝石(n=1.769)的反射率为7.7%,而对红外透明的锗片,n=4,其反射率高达36%,一次反射就几乎要损失近40%的光。 图 1-24 垂直入射时R随n变化的关系 1.2.4 反射和折射的相位特性 1. 折射光与入射光的相位关系 由图1-21可以看出,在入射角从0°到90°的变化范围内, 不论光波以什么角度入射至界面,也不论界面两侧折射率的大小如何,s分量和p分量的透射系数t总是取正值,因此,折射光总是与入射光同相位。 2. 反射光与入射光的相位关系 1) 反射光和入射光中s、p分量的相位关系(1) 光波由光疏介质射向光密介质(n1<n2) 由图1-21(a)可见, n1<n2时,反射系数rs<0,说明反射光中的s分量与入射光中的s分量相位相反,或者说反射光中的s分量相对入射光中的s分量存在一个π相位突变,这即为图1-25(a)所表示的jrs=π。而p分量的反射系数rp在θ1<θB范围内,rp>0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同(jrp=0);在θ1>θB范围内,rp<0,说明反射光中的p分量相对入射光中的p分量有π相位突变(jrs=π),此相位特性如图1-25(b)所示。 图 1-25 jrs、jrp随入射角θ1的变化 (2) 光波由光密介质射向光疏介质(n1>n2) 由图1-21(b)可见,入射角θ1在0°到θC的范围内,s分量的反射系数rs>0,说明反射光中的s分量与入射光中的s分量同相位,正如图1-25(c)所示的jrs=0。p分量的反射系数rp在θ1<θB范围内, rp <0,说明反射光中的p分量相对入射光中的p分量有π相位突变(jrp=π); 而在θB<θ1<θC范围内,rp>0, 说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同,如图1-25(d)所示。 2) 反射光和入射光的相位关系 为了正确确定在界面入射点处的反射光(合成)场与入射光(合成)场的相位关系, 必须考虑图1-20所示的s、p分量光电场振动正方向的规定。下面以几种特殊的反射情况,说明反射光场与入射光场之间的相位关系。 (1) 小角度入射的反射特性 ① n1<n2。为明显起见,我们考察θ1=0°的正入射情况。 由图1-21(a),有 。考虑到图1-20所示的光电场振动正方向的规定,入射光和反射光的s分量、p分量方向如图1-26 所示。由于rs<0,反射光中的s分量与规定正方向相反(即为垂直纸面向内方向);由于rp>0,反射光中的p分量与规定正方向相同(逆着反射光线看,指向右侧),所以,在入射点处,合成的反射光场矢量Er相对入射光场Ei反向,相位发生π突变,或半波损失。在θ1非零、小角度入射时,都将近似产生π相位突变,或半波损失。 图 1-26 正入射时产生π相位突变 ② n1>n2。 正入射时,由图1-21(b)有rp<0,rs<0。考虑到图1-20所示的光电场振动正方向的规定,入射光和反射光的s分量、p分量方向如图1-27所示。于是,在入射点处,入射光场矢量Ei与反射光场矢量Er同方向,即二者同相位,反射光没有半波损失。 图 1-27 正入射无相位突变 (2) 掠入射的反射特性 若n1<n2,θ1≈90°,由(1.2-18)式和(1.2-19)式有|rs|=|rp|, rs<0,rp<0。考虑到图1-20的光电场振动正方向规定,其入射光和反射光的s分量、p分量方向如图1-28所示。因此,在入射点处,入射光场矢量Ei与反射光场矢量Er方向近似相反,即掠入射时的反射光在n1<n2时将产生半波损失。 图 1-28 掠入射时的相位突变 3) 薄膜上下表面的反射 以上讨论了光在一个界面上反射时的相位特性。 对于从平行平面薄膜两表面反射的1、2两束光,有如图1-29所示的四种情形: n1<n2,θ1<θB和θ1>θB;n1>n2,θ1<θB和θ1>θB。由图可见,就1、2两束反射光而言,其s、p分量的方向总是相反。因此,薄膜上下两侧介质相同时,上下两界面反射光的光场相位差,除了有光程差的贡献外,还有π的附加相位差。 图 1-29 薄膜上下表面的反射 1.2.5 反射和折射的偏振特性 1. 偏振度
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