電磁波在介質(zhì)界面上的反射與折射

《電磁波在介質(zhì)界面上的反射與折射》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、§4.2電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射電磁波入射到介質(zhì)界面上，會發(fā)生反射、折射現(xiàn)象(如光從空氣中入射到水面、玻璃面)。反射、折射定律有兩個方面的問題：（1）入射角、反射角和折射角之間的關(guān)系；（2）入射波、反射波和折射波振幅比和相對相位。一、反射和折射定律1．電磁場的邊值關(guān)系只有旋度方程獨立12．反射、折射定律的導(dǎo)出過程（1）假設(shè)入射波為單色平面電磁波，反射波、折射波也為平面電磁波（2）波矢分量間的關(guān)系為且和在一個平面內(nèi)證明:2在界面上z=0,x，y任意，有因為　　　任意，要使上式成立，只有同理可以證明兩邊除以兩邊對x求偏導(dǎo)3（4）入射、反射、折射波矢與z軸夾角之間的關(guān)系因此反射、折射波矢

2、也在平面（3）入射波、反射波、折射波在同一平面入射波在平面即：入射角等于反射角在同一介質(zhì)1中4入射角的正弦與折射角的正弦之比為常數(shù)5二、振幅關(guān)系菲涅耳公式1．垂直入射面（平面）6菲涅耳公式72．平行入射面入射面，假定與方向相同菲涅耳公式垂直于入射面偏振的波與平行于入射面偏振的波的反射和折射行為不同83．在任意方向，可以分解為9在垂直入射面情形下，從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)，即4．相位關(guān)系即電磁波反射時發(fā)生相位突變，反射波與入射波反相，相位差為π，相當(dāng)于損失了半個波長的相位，故稱為反射過程中的半波損失半波損失：光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時的反射過程中，反射光在離開反射點時的振動方向相對于入射光到達(dá)

3、入射點時的振動方向恰好相反的現(xiàn)象10線偏振光符號表示部分偏振光：某一方向的光振動比與之垂直方向上的光振動占優(yōu)勢的光為部分偏振光.符號表示光振動只沿某一固定方向的光.振動面115．偏振問題即反射波和折射波都變?yōu)椴糠制窆猓ǜ鱾€方向上大小不完全相同）。（1）入射波為自然光（非偏振光，包括垂直于光波傳播方向的所有可能的振動方向，即兩種偏振光的等量混合，在各個方向上均相同,即:）由菲涅爾公式（2）布儒斯特定律：若，則，因此平行于入射面的分量沒有反射波，反射波變?yōu)榇怪庇谌肷涿嫫竦耐耆窆?，此時的入射角為布儒斯特角12三．全反射1．全反射現(xiàn)象特別是當(dāng)時，折射定律的原形式將失去意義，這時一般觀察不

4、到折射波，只有反射波，因而稱作全反射。實際上仍然有波透射入第二種介質(zhì)，但是透射波僅僅存在于界面附近薄層中。折射波沿界面?zhèn)鞑ス鈴墓饷芙橘|(zhì)射入到光疏介質(zhì)時，132．全反射情況下的表達(dá)式設(shè)為全反射情況下的平面波解，仍然假定入射波在平面，即復(fù)數(shù)143．折射波的特點折射波在全反射時沿x軸傳播并沿z軸正向指數(shù)衰減折射波只存在于界面附近一個層內(nèi)，透入深度d（振幅衰減為界面處的1/e時的厚度）與波長同量級界面處振幅透入深度d處振幅154.折射波平均能流密度折射波磁場強度Hz''與E''同相，但Hx''與E''有90?相位差．考慮E''垂直入射面情況(E''=Ey''),16平均能流密度為即折射波平均能流

5、密度只有x分量，沿z軸方向透入第二介質(zhì)的平均能流密度為零．17本節(jié)推出的有關(guān)反射和折射的公式在sin?＞n21情形下形式上仍然成立．只要作對應(yīng)則由菲涅耳公式可以求出反射波和折射波的振幅和相位．例如在E垂直入射面情形，5．全反射情況下振幅和相位關(guān)系18此式表示反射波與入射波具有相同振幅，但有一定的相位差．反射波平均能流密度數(shù)值上和入射波平均能流密度相等，因此電磁能量被全部反射出去．這現(xiàn)象稱為全反射．但E’和E的相位不同，因此反射波與入射波的瞬時能流值不同盡管Sz‘’的平均值為零，但其瞬時值不為零．由此可見，在全反射過程中第二介質(zhì)是起作用的．在半周內(nèi)，電磁能量透入第二介質(zhì)，在界面附近薄層內(nèi)儲

6、存起來，在另一半周內(nèi)，該能量釋放出來變?yōu)榉瓷洳芰浚?9