反射率和透射率.ppt

1 2 3反射率和透射率 現(xiàn)在 進(jìn)一步討論反映它們之間能量關(guān)系的反射率和透射率 在討論過程中 不計吸收 散射等能量損耗 菲涅耳公式給出了入射光 反射光和折射光之間的場振幅和相位關(guān)系 如圖 若有一個平面光波以入射角 1斜入射介質(zhì)分界面 平面光波的強(qiáng)度為Ii 則每秒入射到界面上單位面積的能量為 Wi Iicos 1 應(yīng)用光強(qiáng)和振幅之間的關(guān)系 同理 反射光和折射光的能量表示為 由此得到反射率 透射率分別為 將菲涅耳公式代入 即可得到入射光中s分量和p分量的反射率表示式分別為 s分量和p分量的透射率表示式分別為 由反射率公式得到 決定光在界面上的反射 透射特性的因素有 入射光偏振態(tài)入射角兩側(cè)折射率 R隨入射角 1的變化關(guān)系 討論1 可見 一般 小角度入射和大角度入射 掠入射 時 正入射 1 0 時 n1 1 討論2 布儒斯特定律當(dāng) 1 B時 Rs和Rp相差最大 且Rp 0 在反射光中不存在p分量 B稱為布儒斯特 Brewster 角 例如 當(dāng)光由空氣射向玻璃時 n1 1 n2 1 52 布儒斯特角 B 56 40 利用折射定律 可得該特定角度滿足 1 2 4反射和折射的相位特性 折射光與入射光的相位關(guān)系2 反射光與入射光的相位關(guān)系 由圖可以看出 在入射角從0 到90 的變化范圍內(nèi) 不論光波以什么角度入射至界面 也不論界面兩側(cè)折射率的大小如何 s分量和p分量的透射系數(shù)t總是取正值 因此 折射光總是與入射光同相位 1 折射光與入射光的相位關(guān)系 2 反射光與入射光的相位關(guān)系 1 反射光和入射光中s p分量的相位關(guān)系2 反射光和入射光的相位關(guān)系3 薄膜上下表面的反射 1 反射光和入射光中s p分量的相位關(guān)系 a 光由光疏到光密 n1 n2 b 光由光密到光疏 n1 n2 1 B rp 0 p分量有 相位突變 rp B 1 C rp 0 p分量同相 0 1 C rs 0 說明反射光中的s分量與入射光中的s分量同相位 2 反射光和入射光的相位關(guān)系前面討論了反射光中s p分量的相位情況 下面確定在界面入射點處的反射光 合成 場與入射光 合成 場的相位關(guān)系 僅考慮小角度和大角度入射的反射特性 n1 n2 rs 0 rp 0 反射光的s分量和p分量均與入射光相同 因此合成光與入射光矢量同向 無 相位突變 n10 反射光的s分量和p分量均與入射光相反 因此合成光也與入射光矢量反向 產(chǎn)生 相位突變 即半波損失 小角度入射的反射特性 若n1 n2 1 90 rs rp rs 0 rp 0 因此 在入射點處 入射光矢量Ei與反射光矢量Er方向近似相反 即掠入射時的反射光在n1 n2時 將產(chǎn)生半波損失 大角度入射 掠入射的反射特性 n1 n2 3 薄膜上下表面的反射 n1 n2 3 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 完全非偏振光 自然光 部分偏振光完全偏振光 各個振動方向上的振幅在觀察時間內(nèi)的平均值相等 初相位完全無關(guān) 各個振動方向上的振動強(qiáng)度不相等 有確定不變或有規(guī)則變化的振動方向 線偏振光 橢圓偏振光 圓偏振光 完全非偏振光Ws Wp部分偏振光Ws Wp完全偏振光Ws 0或Wp 0 光波能量可表示為 W Ws Wp 將任意光場矢量看作兩正交分量的疊加如s分量和p分量 P 0 0 P 1 P 1 2 反射和折射光的偏振特性 入射能量Wi Wis Wip 且Wis Wip 反射光偏振度 自然光 折射光偏振度 自然光的反射 折射和偏振特性 1 正入射和掠入射時 Rs Rp Ts Tp 反射光和折射光均為自然光 2 一般斜入射時 Rs Rp 0 Ts Tp 0 反射光和折射光均為部分偏振光 自然光的反射率 自然光的反射 折射和偏振特性 3 以 1 B入射時 Rp 0 Pr 1 反射光為完全偏振光 折射光為部分偏振光 例 光由空氣射向玻璃 B 56 40 Rs 15 反射光 透射光Irp 0 Itp Iip 0 5Ii Its Iis Irs 0 5Ii 0 075Ii 0 425Ii 應(yīng)用舉例 線偏振光的獲得 外腔式氣體激光器的布儒斯特窗口 E0is E0ip 入射角 1 40 2 反射和折射光的偏振特性 線偏振光 rs 0 2845 rp 0 1245 E0rs rsE0is 0 2845E0isE0rp rpE0ip 0 1245E0ip 一般規(guī)定方位角的變化范圍 2 2 線偏振光入射時 反射光和折射光均為線偏振光 但其振動方向發(fā)生變化 反射光透射光 1 2 6 全內(nèi)反射現(xiàn)象 1 反射波2 衰逝波 1 反射波光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) n1 n2 時 產(chǎn)生全反射 當(dāng) 1 C時 有sin 1 n2 n1 折射定律不再成立 為了仍然能夠運用菲涅耳公式 把cos 2表示為虛數(shù) 代入菲涅耳公式 得到復(fù)反射系數(shù) 其中 n n2 n1是二介質(zhì)的相對折射率 振幅 相位 經(jīng)兩次全反射 s分量和p分量的相位差為90 全反射時 反射光中s分量和p分量之間的相位差 全反射應(yīng)用1 光纖傳輸 光纖液面計原理圖 發(fā)生全反射 不發(fā)生全反射 全反射應(yīng)用2 光纖傳感 2 衰逝波 發(fā)生全反射時 透射光強(qiáng)為零 那么 在光疏介質(zhì)中有無光場呢 更深入地研究全反射現(xiàn)象表明 在發(fā)生全反射時 光波場將透入到第二個介質(zhì)很薄的一層內(nèi) 約為光波波長 并沿著界面?zhèn)鞑ヒ欢尉嚯x 再返回第一個介質(zhì) 這個透入到第二個介質(zhì)中表面層內(nèi)的波叫衰逝波 倏逝波 設(shè)分界面為xOy平面 入射面為xOz平面 應(yīng)用cos 2的虛數(shù)形式 則有 隨z衰減 沿x方向傳播 v第一介質(zhì)中的波長和速度 穿透深度 發(fā)生全反射時 光由1進(jìn)入2的能量入口處和返回能量的出口處 相隔半個波長 存在一橫向位移 即 古斯 哈恩斯位移 1 3光波在金屬表面上的反射與折射 1 光波在金屬中的傳播2 光波在金屬表面上的反射與折射 設(shè)金屬是一種介電常數(shù)為 磁導(dǎo)率為 電導(dǎo)率為 的均勻各向同性介質(zhì) 則物質(zhì)方程中的J E必須予以考慮 麥克斯韋方程 1 4 式應(yīng)為 對于頻率為 的單色波 上式變?yōu)?1 光波在金屬中的傳播 若令復(fù)數(shù) 為 上式可改寫為 可得金屬中光波所滿足的波動方程為 于是 可求得金屬中單色平面光波的電場表式為 表明 金屬中傳播的單色平面光波是一個衰減的平面波 其中 n 表示光在金屬中傳播時的折射率 n 是描述光在金屬中傳播時衰減特性的量 它們都是光波頻率 的函數(shù) 式中各量的解析表