平面电磁波的极化反射和折射.ppt

媒质1中的合成电磁波具有下列性质：  (1) 合成电磁波是沿x方向传播的TE波，相速为 (2) 合成电磁波的振幅与z有关，所以为非均匀平面电磁波，即合成电磁波沿z方向的分布是驻波。电场强度的波节点位置离分界面(z=0)的距离， (3) 坡印廷矢量有两个分量。由式(6-109)可见，坡印廷矢量有x、z两个分量，它们的时间平均值为 2. 平行极化 若Ei平行入射面斜入射到理想导体表面，类似于上面垂直极化的分析，我们获知媒质1中的合成电磁波是沿x方向传播的TM波，垂直理想导体表面的z方向合成电磁波仍然是驻波。 例 6-12 如果定义功率反射系数、功率透射系数为 证明： Γp+Tp=1 即在垂直分界面的方向，入射波、反射波、透射波的平均功率密度满足能量守恒关系。 解： 不论Ei垂直入射面还是平行入射面，均有 将以上三式代入功率反射系数和功率透射系数的定义，并且考虑到 有 和 6.9 均匀平面电磁波的全透射和全反射 图 6-18 斜入射的功率反射系数与透射系数 6.9.1 全透射 解上式得 此角度称为布儒斯特角(Brewster Angle)，记为θB。由式(6-106a)知，此时 * * 6.4 平面电磁波的极化 6.4.1 极化的概念 电场强度矢量的表达式为 电场强度矢量的两个分量的瞬时值为 6.4.1 平面电磁波的极化形式 1. 线极化 设Ey和Ez同相，即φ1=φ2=φ。为了讨论方便，在空间任取一固定点x=0，则为 合成电磁波的电场强度矢量的模为 合成电磁波的电场强度矢量与y轴正向夹角α的正切为 同样的方法可以证明，φz-φy=π时，合成电磁波的电场强度矢量与y轴正向的夹角α的正切为 这时合成平面电磁波的电场强度矢量E的矢端轨迹是位于二、 四象限的一条直线，故也称为线极化，如图所示。 线极化波 2. 圆极化 设 那么式变为 消去t得 圆极化波 3. 椭圆极化 更一般的情况是Ey和Ez及φ1和φ2之间为任意关系。在x=0处，消去式中的t，得 椭圆极化 6.5 平面电磁波的反射与折射 6.5.1 平面电磁波在理想介质分界面上的反射与折射 1. 相位匹配条件和斯奈尔定律 图 6-15 入射线、 反射线、 透射线 因为分界面z=0处两侧电场强度的切向分量应连续，故有 对于非磁性媒质，μ1=μ2=μ0， 式(6-90)简化为 (6-90) 2. 反射系数和透射系数 斜入射的均匀平面电磁波，不论何种极化方式，都可以分解为两个正交的线极化波：一个极化方向与入射面垂直，称为垂直极化波；另一个极化方向在入射面内，称为平行极化波。 即 因此，只要分别求得这两个分量的反射波和透射波，通过叠加，就可以获得电场强度矢量任意取向的入射波的反射波和透射波。 1) 垂直极化波 图 6-16 垂直极化的入射波、反射波和透射波 考虑到反射定律， 反射波的电磁场为 透射波的电磁场为 (6-95) 考虑到折射定律k1sinθi=k2sinθt，式(6-95)简化为 解之得 (6-96a) (6-97) 若以Ei0除式(6-96a)，则有 对于非磁性媒质，μ1=μ2=μ0，式(6-97)简化为 上述反射系数和透射系数公式称为垂直极化波的菲涅耳(A.J.Fresnel)公式。 由此可见，垂直入射时，θi=θt=0，式(6-97)简化为式(6-58)。透射系数总是正值。当ε1ε2时，由折射定律知，θiθt，反射系数是正值；反之，当ε1ε2时，反射系数是负值。 2) 平行极化波 图 6-17 平行极化的入射波、 反射波和透射波 入射波电磁场： 反射波电磁场(已经考虑了反射定律)： 透射波电磁场： 应用分界面z=0处场量的边界条件和折射定律有 解之得反射系数、 透射系数： 如果θi=0，那么θr=θt=0， 故 (6-104) 对于非磁性媒质，μ1=μ2=μ0，式(6-104)简化为 即 由此可见，透射系数T‖总是正值，反射系数Γ‖则可正可负。 3. 媒质1中的合成电磁波 (6-107) 相移常数为 相速为 沿z方向，电磁场的每一分量都是传播方向相反、幅度不相等的两个行波之和，电磁场沿z方向的分布为行驻波。它们的相移常数、 相速和相应的波长为 6.8.2 均匀平面电磁波向理想导体的斜入射 垂直极化的反射系数和透射系数： 平行极化的反射系数和透射系数： 由此可见，同垂直入射时