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《第17次課(4.2電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射).ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、1．波動方程2.亥姆霍茲方程復(fù)習(xí)3.平面電磁波場強(qiáng)的全表示式為4.能量密度的平均值為5.能流密度的平均值為§4.2單色平面電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射ReflectionandRefractionofMonochromaticPlaneElectromagneticWaveatInterfaceofMedium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)系問題；（2）入射波、反射波和折射波振幅和相位的變化關(guān)系。反射、
2、折射既然發(fā)生在界面上，就屬于邊值問題。從電磁場理論可以導(dǎo)出反射和折射定律，也從一個側(cè)面證明麥?zhǔn)戏匠痰恼_性。一、反射和折射定律LawofReflectionandRefraction1．電磁場的邊值關(guān)系2．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、折射電磁波也為平面電磁波（2）波矢量分量間的關(guān)系且和在一個平面內(nèi)證明:在界面上z=0,x，y任意因?yàn)椤 ∪我?，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)（4）入射、反射、折射波矢與z軸夾角之間的關(guān)系因此反射、折射波矢也在平面（3）入射波
3、、反射波、折射波在同一平面入射波在平面即：平面電磁波在兩種介質(zhì)中的相速二、菲涅耳公式（即振幅關(guān)系）Fresnel’sFormula（i.e.AmplitudeRelation）1．垂直入射面（平面）2．平行入射面入射面，假定與方向相同3．在任意方向，可以分解為4．相位關(guān)系分析，從光疏煤質(zhì)到光密煤質(zhì)半波損失5．偏振問題這樣，反射和折射波就被變?yōu)椴糠制窆猓ǜ鱾€方向上大小不完全相同）。（2）布儒斯特定律：若則反射波即反射波只有分量；若自然光入射，則反射波為完全線偏振波。（1）入射為自然光（兩種偏振光的等量混合，在各個
4、方向上均相同,即:）由菲涅爾公式三．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，這時一般觀察不到折射波，只有反射波，因而稱作全反射。實(shí)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。折射定律折射波沿界面?zhèn)鞑?．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)3．折射波的特點(diǎn)①折射波在全反射時沿軸傳播②折射波電場強(qiáng)度沿軸正向并作指數(shù)衰減③折射波只存在于界面附近一個層內(nèi)，厚度與波長同量級（）4.折射波平均能流密度折射波磁場強(qiáng)度Hz''與E''同相，但Hx
5、''與E''有90?相位差．考慮E''垂直入射面情況(E''=Ey''),折射波平均能流密度由此，折射波平均能流密度只有x分量，沿z軸方向透入第二介質(zhì)的平均能流密度為零．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．可見E'和E振
6、幅相等，但相位不同，因此反射波與入射波的瞬時能流值是不同的．只是Sz''的平均值為零，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)儲存起來，在另一半周內(nèi)，該能量釋放出來變?yōu)榉瓷洳芰浚偨Y(jié)1.反射和折射定律2.菲涅耳公式3.全反射①折射波在全反射時沿軸傳播②折射波電場強(qiáng)度沿軸正向作指數(shù)衰減③折射波只存在于界面附近一個層內(nèi)，厚度與波長同量級（）作業(yè)：P150習(xí)題3
