物理光學(xué) 葉玉堂

1、物理光學(xué)復(fù)習(xí)與總結(jié)物理光學(xué)復(fù)習(xí)與總結(jié)一一 光的電磁理光的電磁理論（約論（約25%）1. 掌掌握時(shí)諧平面波波動(dòng)方程的幾種表示方法及握時(shí)諧平面波波動(dòng)方程的幾種表示方法及各參數(shù)的物理意義，掌握時(shí)諧平面波的時(shí)間空各參數(shù)的物理意義，掌握時(shí)諧平面波的時(shí)間空間周期性及相關(guān)計(jì)算；間周期性及相關(guān)計(jì)算；2. 掌掌握光波的偏振態(tài)和偏振方向的判斷方法；握光波的偏振態(tài)和偏振方向的判斷方法；3. 掌掌握菲涅爾公式及反射光透射光相位變化，握菲涅爾公式及反射光透射光相位變化，掌握能流反射率和透射率的計(jì)算方法，掌握不掌握能流反射率和透射率的計(jì)算方法，掌握不同偏振光入射時(shí)反射波和透射波的偏振態(tài)變化，同偏振光入射時(shí)反射波和透射波的

2、偏振態(tài)變化，掌握全反射角掌握全反射角和布儒斯特概和布儒斯特概念、公式及計(jì)算念、公式及計(jì)算。1.2.1 波動(dòng)方波動(dòng)方程程光波的頻率極高，為方便起見，通常采用波長(zhǎng)表征。光波的頻率極高，為方便起見，通常采用波長(zhǎng)表征。光波的光譜范圍為光波的光譜范圍為1 mm10 nm，包含，包含紅外線紅外線、可可見光見光、紫外線紫外線。介質(zhì)中的光速：介質(zhì)中的光速：11()rrororcnn 真空中的光速：真空中的光速：812.99792 10/oocm s 光波光波此速度為光波的此速度為光波的相速度相速度，方向?yàn)楣獠ǖ?，方向?yàn)楣獠ǖ牟ㄊ阜较虿ㄊ阜较颉?duì)于一般的非鐵磁物質(zhì)，有對(duì)于一般的非鐵磁物質(zhì)，有 r1，rn1.2.

3、2 時(shí)諧均勻平面波時(shí)諧均勻平面波波面：波面：波傳播時(shí)，任何時(shí)刻振動(dòng)位相總是相同的點(diǎn)波傳播時(shí)，任何時(shí)刻振動(dòng)位相總是相同的點(diǎn)所構(gòu)成的面。所構(gòu)成的面。平面平面波：波：波面形狀為平面的光波。波面形狀為平面的光波。均勻平面均勻平面波：波：波面上的場(chǎng)矢量都相等的平面波。波面上的場(chǎng)矢量都相等的平面波。時(shí)時(shí)諧諧(均勻均勻)平平面面波：波：空間各點(diǎn)都以同一頻率作正弦空間各點(diǎn)都以同一頻率作正弦或余弦振動(dòng)的均勻平面波?；蛴嘞艺駝?dòng)的均勻平面波。時(shí)諧均勻平面波數(shù)學(xué)描述簡(jiǎn)單，能反映光波的基本時(shí)諧均勻平面波數(shù)學(xué)描述簡(jiǎn)單，能反映光波的基本特征。時(shí)諧均勻平面波作為描述光波的基本波型，特征。時(shí)諧均勻平面波作為描述光波的基本波型，

4、復(fù)雜光波可由不同均勻平面波疊加而成。復(fù)雜光波可由不同均勻平面波疊加而成。1. 時(shí)諧均勻平面波時(shí)諧均勻平面波1.2.2 時(shí)諧均勻平面時(shí)諧均勻平面波波時(shí)諧均勻平時(shí)諧均勻平面波面波的特解的特解若單色平面波沿若單色平面波沿 z方向傳播，對(duì)應(yīng)頻率為方向傳播，對(duì)應(yīng)頻率為 的時(shí)諧的時(shí)諧均勻平面波的特解為均勻平面波的特解為0000( , )cos()( , )cos()zE z tEtzH z tHt電電場(chǎng)場(chǎng)振振幅幅矢矢量，方向?yàn)闀r(shí)量，方向?yàn)闀r(shí)諧電諧電場(chǎng)的振場(chǎng)的振動(dòng)方向動(dòng)方向磁磁場(chǎng)場(chǎng)振幅矢振幅矢量，量，方向?yàn)闀r(shí)方向?yàn)闀r(shí)諧磁場(chǎng)諧磁場(chǎng)的振動(dòng)方的振動(dòng)方向向初初相相位位各參數(shù)的物理意各參數(shù)的物理意義？義？1.2.2

5、時(shí)諧均勻平面時(shí)諧均勻平面波波時(shí)諧均勻平時(shí)諧均勻平面面的特解的特解理想的時(shí)諧平面波是在理想的時(shí)諧平面波是在時(shí)間上無(wú)限延續(xù)時(shí)間上無(wú)限延續(xù)、在、在空空間間上上無(wú)限延無(wú)限延伸伸的的光波，具有時(shí)間、空間周期光波，具有時(shí)間、空間周期性性。時(shí)間周期性時(shí)間周期性：?jiǎn)挝粫r(shí)單位時(shí)間相位的變化間相位的變化 用用周期（周期（T）、頻率（）、頻率（）、圓頻）、圓頻率率(）表征。表征。22 vT空間周期性：空間周期性：?jiǎn)螁挝晃婚L(zhǎng)度長(zhǎng)度相相位的變位的變化化 用用波長(zhǎng)（波長(zhǎng)（）、空間頻率（）、空間頻率（f=1/ ）、空）、空間間圓頻率圓頻率/波波 數(shù)數(shù)（ k）表征。）表征。22kf時(shí)時(shí)間與間與空間周期空間周期性性通通過(guò)過(guò)速度

6、速度相互聯(lián)系：相互聯(lián)系：vk1.2.2 時(shí)諧均勻平面時(shí)諧均勻平面波波時(shí)諧均勻平時(shí)諧均勻平面面的特解的特解vk借借助時(shí)空周期性助時(shí)空周期性電場(chǎng)和磁場(chǎng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)可表可表 示為更常用的形式示為更常用的形式0000( , )cos()( , )cos()zE z tEtzH z tHt0000( , )cos()( , )cos()E z tEtkzH z tHtkz時(shí)時(shí)間周期性間周期性 空間周期性空間周期性1.2.2 時(shí)諧均勻平面時(shí)諧均勻平面波波等效真空程（光程）等效真空程（光程）knk介質(zhì)中的波長(zhǎng)介質(zhì)中的波長(zhǎng)n=介質(zhì)介質(zhì)中的波數(shù)中的波數(shù)真空真空中的波長(zhǎng)中的波長(zhǎng)真空真空中的波數(shù)中的波數(shù)介質(zhì)折射率介質(zhì)

7、折射率zznzzz為保證介質(zhì)中為保證介質(zhì)中z幾何路程幾何路程與真空中與真空中z幾何路程所對(duì)應(yīng)幾何路程所對(duì)應(yīng)的的相位變化量相等相位變化量相等，則，則光程光程相同時(shí)間內(nèi)，同相同時(shí)間內(nèi)，同一單色光在兩介一單色光在兩介質(zhì)內(nèi)質(zhì)內(nèi)傳播的路程傳播的路程不相等，走過(guò)的不相等，走過(guò)的光程相等光程相等。1.2.2 時(shí)諧均勻平面時(shí)諧均勻平面波波復(fù)數(shù)表示復(fù)數(shù)表示0000cos() exp()eEEtkzitkzRE為簡(jiǎn)化書寫，常去掉取實(shí)部符號(hào)為簡(jiǎn)化書寫，常去掉取實(shí)部符號(hào)復(fù)復(fù)振幅振幅00exp()EEitkz00expexp()()Ei ki tz復(fù)振幅復(fù)振幅 ，包，包含了與空間坐標(biāo)含了與空間坐標(biāo)相關(guān)的位相因子，與時(shí)間

8、無(wú)關(guān)相關(guān)的位相因子，與時(shí)間無(wú)關(guān)。E可以用復(fù)振幅表可以用復(fù)振幅表示光波的示光波的條件：條件： 單色光單色光 1.2.2 時(shí)諧均勻平面時(shí)諧均勻平面波波沿沿任意方向傳播的時(shí)諧平面波任意方向傳播的時(shí)諧平面波00expit EEk rcos cos cos xyzkkkkkk則則k 波矢波矢 (cos,cos,cos )如如 的方向余弦為：的方向余弦為：k222xyzkkkkk相位沿空間最大變化率相位沿空間最大變化率方向。在各向同方向。在各向同性介質(zhì)性介質(zhì)中中， 與與 方向一方向一致，致，但在各向異但在各向異性介性介質(zhì)中，質(zhì)中，其方向一般其方向一般不同。不同。kS的方的方向：向：1.2.2 時(shí)諧均勻平面

9、時(shí)諧均勻平面波波時(shí)諧平面波的性質(zhì)時(shí)諧平面波的性質(zhì)（1）橫波性）橫波性00kE00kH（2）E、H 相互垂直相互垂直E B，各向同性均勻介質(zhì)中，各向同性均勻介質(zhì)中E H（3）E、H 同相位同相位EH沿沿+z方向傳播、電矢量沿方向傳播、電矢量沿x方向的時(shí)諧平面電磁波方向的時(shí)諧平面電磁波根據(jù)電磁波的橫波特根據(jù)電磁波的橫波特性，真空中電磁波的性，真空中電磁波的電場(chǎng)矢量垂直于波矢，電場(chǎng)矢量垂直于波矢，即即 滿足：滿足：0K E 8( 22 3 )exp( 36 10)ixyt Eij1.2.2 時(shí)諧均勻平面時(shí)諧均勻平面波波時(shí)時(shí)諧平面波的光諧平面波的光強(qiáng)強(qiáng)222000000111222nISEEncEc當(dāng)

10、當(dāng)光波在兩種不同介質(zhì)中的振幅相等時(shí)，光波在兩種不同介質(zhì)中的振幅相等時(shí)， 。A. 其強(qiáng)度相等。其強(qiáng)度相等。 B. 其強(qiáng)度不相等。其強(qiáng)度不相等。C. 其強(qiáng)度比不確定。其強(qiáng)度比不確定。 D. 其強(qiáng)度比等于兩種介質(zhì)的折射率之比。其強(qiáng)度比等于兩種介質(zhì)的折射率之比。D1.3 光的偏光的偏振振在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，根據(jù)光矢量振在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，根據(jù)光矢量振動(dòng)動(dòng)方方向相對(duì)光傳播方向是否具有對(duì)稱性，可將向相對(duì)光傳播方向是否具有對(duì)稱性，可將光光波波分為分為非偏振光非偏振光和和偏振光偏振光。具具有對(duì)稱性的非偏振光通常也稱為有對(duì)稱性的非偏振光通常也稱為自然光自然光。具具有不對(duì)稱性的有不對(duì)稱性的偏振偏振光又

11、根據(jù)光波的偏振度分光又根據(jù)光波的偏振度分為為完全偏振光完全偏振光和和部分部分偏振光偏振光。光波是橫波（光波是橫波（TEM波），其光矢量的振動(dòng)方向波），其光矢量的振動(dòng)方向與光波傳播方向垂直。與光波傳播方向垂直。光振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方向光振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方向不對(duì)稱不對(duì)稱的性質(zhì)稱為的性質(zhì)稱為光波的光波的偏振特性偏振特性。偏振態(tài)分類：完全偏振，非偏振，部分偏振。偏振態(tài)分類：完全偏振，非偏振，部分偏振。完全偏振光分為：完全偏振光分為：線偏振光線偏振光、圓偏圓偏振光振光、橢圓偏橢圓偏振振光光。不論哪種偏振光，光波場(chǎng)中不論哪種偏振光，光波場(chǎng)中某點(diǎn)某點(diǎn)光矢量光矢量某時(shí)刻某時(shí)刻只分只分布在布在某一特定方向某一

12、特定方向上，上，“線線” ” 、“圓圓” ” 、“橢圓橢圓”指指該點(diǎn)處光矢量端點(diǎn)隨時(shí)間的變化規(guī)律該點(diǎn)處光矢量端點(diǎn)隨時(shí)間的變化規(guī)律。偏振面（振動(dòng)面）：偏振面（振動(dòng)面）：振動(dòng)方向（光矢量方向）與光振動(dòng)方向（光矢量方向）與光傳播方向構(gòu)成的平面。傳播方向構(gòu)成的平面。1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)完全偏振光完全偏振光在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，平面偏在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，平面偏振的光矢量端點(diǎn)的軌跡為一直線，又振的光矢量端點(diǎn)的軌跡為一直線，又稱為稱為線偏振光線偏振光。線偏線偏振光振光表示方法表示方法1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)線偏線偏振光振光合成與分解合

13、成與分解：為了便于分析，可將任意方向偏振的：為了便于分析，可將任意方向偏振的線偏振光分解為線偏振光分解為振振動(dòng)方向垂直動(dòng)方向垂直、相位相同或相反相位相同或相反的的兩個(gè)線兩個(gè)線偏振偏振光的合成光的合成。xyEEEij0cos(cos)xEEtkz=0cos(sin)yEEtkz=1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)圓偏振光圓偏振光偏振面相對(duì)于傳播方向隨時(shí)間偏振面相對(duì)于傳播方向隨時(shí)間以圓頻率以圓頻率旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)，其光矢光矢量末量末端的軌跡位于一個(gè)端的軌跡位于一個(gè)圓形螺線圓形螺線上，上，并且在垂直并且在垂直于傳于傳播方向的平面播方向的平面上的上的投影構(gòu)成一個(gè)圓投影構(gòu)成一個(gè)圓。左左/右右 旋旋圓偏振光

14、圓偏振光：迎迎著光傳播方向觀察時(shí)，光矢著光傳播方向觀察時(shí)，光矢量沿量沿逆逆/順順時(shí)時(shí)針旋轉(zhuǎn)針旋轉(zhuǎn)。1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)合成與分解合成與分解：圓偏振光可以看作是在：圓偏振光可以看作是在x和和y方向振動(dòng)方向振動(dòng)的的具有具有振幅相等振幅相等、振動(dòng)的相差為振動(dòng)的相差為/2（或（或- /2）的的兩線兩線偏振偏振光的合成。光的合成。+/2：右旋圓偏振右旋圓偏振光光 -/2：左旋圓偏振左旋圓偏振光光xyEEEij0cos()xEkEtz=0cos()2yzEEtk圓偏振光圓偏振光B1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)橢圓偏振光橢圓偏振光偏振面相對(duì)于傳播方向隨時(shí)間偏振面相對(duì)于傳播方向隨時(shí)間以圓

15、頻率以圓頻率旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)，其光矢光矢量末量末端的軌跡位于一個(gè)端的軌跡位于一個(gè)橢圓形螺線橢圓形螺線上，并且在垂上，并且在垂直于直于傳播方向的傳播方向的平面上的平面上的投影構(gòu)成一個(gè)橢圓投影構(gòu)成一個(gè)橢圓。左左/右右 旋旋橢圓偏振光：橢圓偏振光：迎著光傳播方向觀察時(shí)，光矢迎著光傳播方向觀察時(shí)，光矢量量沿沿逆逆/順順時(shí)時(shí)針旋轉(zhuǎn)針旋轉(zhuǎn)。1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)合成與分解合成與分解：可以看成：可以看成在在 x，y方向振動(dòng)的方向振動(dòng)的具具有一有一定相差定相差且且振幅不等振幅不等的兩線偏振光的合的兩線偏振光的合成成。xyEEEij22200002cossinyyxxxyxyEEEEEEEEE 末端的

16、軌跡方末端的軌跡方程程：00coscosxxyyxyEtkzEEEtkz()yx1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài) 和和 E0 x/ E0y 決決定偏振態(tài)定偏振態(tài) 0 時(shí)，右旋橢圓偏振光時(shí)，右旋橢圓偏振光 2 時(shí)，左旋橢圓偏振時(shí)，左旋橢圓偏振光光22200002cossinyyxxxyxyEEEEEEEE1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài) 線偏振光和圓偏振光可看成橢圓偏振光的特例線偏振光和圓偏振光可看成橢圓偏振光的特例 Ex=EyEx=Ey 若兩個(gè)正交振動(dòng)的振幅相等，相位差為若兩個(gè)正交振動(dòng)的振幅相等，相位差為/2的奇的奇數(shù)倍，則橢圓偏振光變?yōu)閳A偏振光；數(shù)倍，則橢圓偏振光變?yōu)閳A偏振光； 若兩

17、個(gè)正交振動(dòng)的相位差等于若兩個(gè)正交振動(dòng)的相位差等于的整數(shù)倍，則橢的整數(shù)倍，則橢圓偏振光變?yōu)榫€偏振光。圓偏振光變?yōu)榫€偏振光。1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)非偏振光非偏振光普通光源包含大量的原子和分子，它們各自無(wú)規(guī)則普通光源包含大量的原子和分子，它們各自無(wú)規(guī)則地地發(fā)射發(fā)射振動(dòng)方向、初相位各不相同的光波。這種由振動(dòng)方向、初相位各不相同的光波。這種由大量獨(dú)大量獨(dú)立發(fā)立發(fā)光基元發(fā)射的光波的集合稱為光基元發(fā)射的光波的集合稱為自然光自然光。自然自然光中的光矢量的分布對(duì)傳播方向是光中的光矢量的分布對(duì)傳播方向是完全對(duì)稱完全對(duì)稱的。的。1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)特特點(diǎn)：它在垂直于光傳播方向的平面上具

18、有點(diǎn)：它在垂直于光傳播方向的平面上具有一切可一切可能能的振的振動(dòng)方向動(dòng)方向，各個(gè)振動(dòng)方向上振幅在觀察時(shí)間內(nèi)，各個(gè)振動(dòng)方向上振幅在觀察時(shí)間內(nèi)的平均的平均值相值相等，等，初相位完全無(wú)關(guān)初相位完全無(wú)關(guān)，這種光也稱為，這種光也稱為非非偏振光偏振光。自然自然光可看作是振動(dòng)方向互相垂直的、振幅或強(qiáng)度光可看作是振動(dòng)方向互相垂直的、振幅或強(qiáng)度相等而相等而相位各自隨機(jī)變化相位各自隨機(jī)變化的兩個(gè)線偏振光的合成。的兩個(gè)線偏振光的合成。120/ 2III0/ 2xyEEI單色的自然光和圓偏振光都可以視為振幅相等且振單色的自然光和圓偏振光都可以視為振幅相等且振動(dòng)方向垂直的兩線偏振光的合成，它們之間的主要?jiǎng)臃较虼怪钡膬删€

19、偏振光的合成，它們之間的主要區(qū)別區(qū)別是是兩線偏振光的相位差是否一兩線偏振光的相位差是否一定定。 1.3.1 光光波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)部部分偏振分偏振光光如果由于某種外界作用，使自然光的某個(gè)振動(dòng)方如果由于某種外界作用，使自然光的某個(gè)振動(dòng)方向向上上的振動(dòng)比其它方向占優(yōu)勢(shì)，就變成的振動(dòng)比其它方向占優(yōu)勢(shì)，就變成部分偏振光部分偏振光。部部分偏振光可以看作是分偏振光可以看作是完全偏振光完全偏振光和和自然光自然光的混合的混合。部分偏振光可以用相互垂直的兩個(gè)光矢量表示，部分偏振光可以用相互垂直的兩個(gè)光矢量表示，這兩個(gè)光矢量的這兩個(gè)光矢量的振幅不相等振幅不相等，相位關(guān)系也不確定相位關(guān)系也不確定。1.3.1 光光

20、波的偏波的偏振振態(tài)態(tài)偏振度偏振度表征光的偏振程度。定義為在部分偏振光的表征光的偏振程度。定義為在部分偏振光的總強(qiáng)總強(qiáng)度中度中偏振光所占的比例偏振光所占的比例，即，即MmMPmIIIIPII總式中，式中，IM 和和 Im 分別為相位不相分別為相位不相關(guān)、相關(guān)、相互正交的兩個(gè)特殊方互正交的兩個(gè)特殊方向向上的上的最大光強(qiáng)和最小光強(qiáng)最大光強(qiáng)和最小光強(qiáng)。注意注意: 后后一等式對(duì)圓偏振光和橢圓偏振一等式對(duì)圓偏振光和橢圓偏振光及含圓偏光及含圓偏振光和橢圓偏振光的部分偏振光不振光和橢圓偏振光的部分偏振光不適適用用。對(duì)線偏振。對(duì)線偏振光與自然光組合的部分偏振光與自然光組合的部分偏振光適用光適用 。非偏振光，非偏

21、振光， P0完全偏振光，完全偏振光， P1部分偏振光，部分偏振光， 0P11.4 光波在界面的反射和折光波在界面的反射和折射射11sinsinirnn=12sinsinitnn=反反射定律射定律和折射定律和折射定律反射系數(shù)反射系數(shù)012012coscossin()coscossin()rsititsisititEnnrEnn透透射系數(shù)射系數(shù)010122cos2cossincoscossin()tsiitsisititEntEnn01221120211212tancoscoscoscostanrppipEnnrEnn011120211212122 cos2cossincoscossincostp

22、pipEntEnn1.4.2 菲涅爾公菲涅爾公式式(1) 反反射系數(shù)和透射系數(shù)間的關(guān)系射系數(shù)和透射系數(shù)間的關(guān)系1ssrt121ppnrtn(2) r, t - i 曲曲線線1.4.2 菲涅爾公菲涅爾公式式(3) 相相位特位特性性n1 n2 n1 n2 n1 n2 光從折射率小的介質(zhì)中正入射到折射率大的介光從折射率小的介質(zhì)中正入射到折射率大的介質(zhì)表面時(shí)，相對(duì)于入射光的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，反射質(zhì)表面時(shí)，相對(duì)于入射光的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，反射光光的的電場(chǎng)有電場(chǎng)有 相位突變，磁場(chǎng)無(wú)相位變相位突變，磁場(chǎng)無(wú)相位變化?；?.4.2 菲涅爾公菲涅爾公式式 半半波損波損失失（1）光從）光從光疏光疏介質(zhì)射向介質(zhì)射向光密光密介質(zhì)

23、，介質(zhì)，正入射及掠入射時(shí)，正入射及掠入射時(shí)，反射光反射光在入射點(diǎn)相對(duì)于入射光的相在入射點(diǎn)相對(duì)于入射光的相位突位突變變，對(duì)應(yīng)的光程為半對(duì)應(yīng)的光程為半個(gè)波個(gè)波長(zhǎng)，稱為長(zhǎng)，稱為半波損失半波損失。（2）光從光從光密光密射向射向光疏光疏介質(zhì)，正入射時(shí)反射光介質(zhì)，正入射時(shí)反射光無(wú)半波無(wú)半波損失損失。（3）任何情況下，透射光與入射光之間均無(wú)半波損失。任何情況下，透射光與入射光之間均無(wú)半波損失。一束左旋偏振光從一束左旋偏振光從空氣到玻璃表面后空氣到玻璃表面后垂直反射回來(lái)后是垂直反射回來(lái)后是右旋偏振光右旋偏振光1.4.3 反射率和透射率反射率和透射率反射反射率率透射率透射率22122122212212sin (

24、)sin ()tan ()tan ()rsssisrpppipWRrWWRrW22212211122221222111212cossin2sin2cossin ()cossin2sin2cossin ()cos ()tsssistpppipWnTtWnWnTtWn, , , ,cosi r ti r ti r tWIW 與光強(qiáng)與光強(qiáng) I 的關(guān)的關(guān)系：系：光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，出現(xiàn)透射系數(shù)大光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，出現(xiàn)透射系數(shù)大于于1，這是否與能量守恒相矛盾？如何解釋，這是否與能量守恒相矛盾？如何解釋？22211coscosnTtn透透射系數(shù)大于射系數(shù)大于1與能量守恒不相矛盾。與能

25、量守恒不相矛盾。與能量有關(guān)的量是反射率和透射率，由透射率表與能量有關(guān)的量是反射率和透射率，由透射率表達(dá)式達(dá)式可知：在可知：在n1n2情況下，有情況下，有n2/n11和和 cos 2/cos 111.4.3 反射率和透射反射率和透射率率rprspsrrprspsIIRRPIIRRpspsIItptsttptsIITTIIPIITT折射光偏振度折射光偏振度反 射 光 偏 振反 射 光 偏 振度度反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性 線偏光線偏光入射時(shí)，反入射時(shí)，反/折射光仍為線偏光，其折射光仍為線偏光，其振動(dòng)方振動(dòng)方向改變向改變。 自然光自然光入射時(shí)，反入射時(shí)，反/折射光可能成折射光可能成部分

26、部分/完全完全偏振光。偏振光。1.4.3 反射率和透射反射率和透射率率如自然光入射如自然光入射spTT120,()2 spiicnnRR，或或反反 、 折折 射射 光光 仍仍 為為 自自 然然 光光時(shí)時(shí) 1. 時(shí)，因時(shí)，因Rs 和和Rp，Ts 和和Tp不相等，所以反不相等，所以反/折射光都變成了部分偏振光。折射光都變成了部分偏振光。0, , ()2iBic3. iB2.反射光只有反射光只有s分量，全偏光，偏振度分量，全偏光，偏振度最大；折射光為部分偏振光，且偏振最大；折射光為部分偏振光，且偏振度很低。度很低。1.4.3 反射率和透射反射率和透射率率 自然光正入射時(shí)，反射率為自然光正入射時(shí)，反射

27、率為22121()spnnRRnn122214()spnnTTnn221211()()2nspnnRRRnn 自然光斜入射至界面上時(shí)，反射率為自然光斜入射至界面上時(shí)，反射率為221212221212sin ()tan ()11()22 sin ()tan ()nspRRR1.4.3 反射率和透射反射率和透射率率偏偏振振面面(振動(dòng)面振動(dòng)面)：包含電場(chǎng)振動(dòng)方向的面包含電場(chǎng)振動(dòng)方向的面( , , )( , , )00, ,tan/i r ti r tspi r tEE如線偏振光入如線偏振光入射射線偏振光入射至界面，其反射光和折射光線偏振光入射至界面，其反射光和折射光仍為線偏振仍為線偏振光光，但其，但

28、其振動(dòng)方向發(fā)生改變振動(dòng)方向發(fā)生改變。( )( )( )( )0000( )( )( )( )0000tantaniirisppprrrispipssrsrrEEEEEEEE方位角方位角：偏：偏振面與入射面間的夾角振面與入射面間的夾角1.4.4 全全反反射與臨界角射與臨界角* 全反射條件全反射條件-臨界角臨界角21arcsin(/)cnn2211ssppRrRr入射光波全部入射光波全部返回第一介質(zhì)，返回第一介質(zhì)，無(wú)能量傳輸！無(wú)能量傳輸！反反射光強(qiáng)射光強(qiáng)=入入射光強(qiáng)，但反射光中射光強(qiáng)，但反射光中s分量和分量和p分量的分量的相位變化不同，相位差為相位變化不同，相位差為2211121cos2tansinsinrprsn只有只有sin1 = n=n2/n1和和1=90o時(shí)，時(shí)，=0；其余角度入其余角度入射，線偏振光在全反射后變?yōu)闄E圓偏振光射，線偏振光在全反射后變?yōu)闄E圓偏振光。光波在界面發(fā)生全反射的條光波在界面發(fā)生全反射的條件不包括件不包括 。A A從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì) B. B. 光波為線偏振光光波為線偏振光C C入射角為全反射臨界角入射角為全反射臨界角 D. D. 入射角大于全反射臨界角入射角大于全反射臨界角倏倏逝逝波波1.4.4 全反射和臨界角全反射和臨界角02212