基础光学第4章光波在界面的反射和折射规律课件.pptx

1、4.14.1入射、反射和折射光的光矢量的分解入射、反射和折射光的光矢量的分解光矢量的分解光矢量的分解s分量分量：振动方向垂直于入射面的分量p分量分量：振动方向平行于入射面的分量设入射光、折射光和反射光的波矢量分别为ki、kt和kr并满足并按照p、s和波矢量k的顺序构成右手螺旋正交系在反射和折射过程中，在反射和折射过程中，p,s两个分量的振动是相互独立的两个分量的振动是相互独立的sisrstpiprptkikrkti1i1i2xzOn1n24.2 4.2 菲涅尔反射和折射公式菲涅尔反射和折射公式211212211212coscostan()coscostan()rpipipniniiiEEEni

2、niii%112221112221coscossin()coscossin()rsisisniniiiEEEniniii%1121122coscoscostpipniEEnini%11121122212cos2cos sincoscossin()tsisisniiiEEEniniii%sisrstpiprptkikrkti1i1i2xzOn1n2振幅反射率振幅反射率1211212121121211122211112221coscostan()coscostan()coscossin()coscossin()pppsssEniniiirEniniiiEniniiirEniniii%2111211

3、2211111222coscoscos2coscoscospppsssEnitEniniEnitEnini%振幅振幅透透射率射率4.3 4.3 光光在界面反射时的相位跃变在界面反射时的相位跃变 半波损失半波损失介质界面的振幅反射率和透射率随入射角的变化n1=1.0，n2=1.5n1=1.5，n2=1.0时，符号发生变化，反射光的p分量产生了相位为的跃变，称为半波损失。1Bipr(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)0,0,0p sp sp sir p sp si p sp sp srErEer%当当当一束光从介质1入射到介质2时，反射光分量表示为：12nn半波损失半波损失dsp090

4、i1Cp090i1BCdp12nns090p090i1i1B4.4 4.4 光在介质界面传播时偏振态的变化光在介质界面传播时偏振态的变化 布儒斯特角布儒斯特角12121122121tan()2sinsintan Biiiinininn布儒斯特角：布儒斯特角：不管入射光的偏振状态如何，反射光中总是 s 方向的线偏振。0pr布儒斯特角又称全偏振角、起偏角。使p分量反射率 rp 为零的入射角称为布儒斯特角12122121tan()tan()sin()sin()psiiriiiirii%利用布鲁斯特角获得偏振光利用布鲁斯特角获得偏振光自然光偏振光B以布鲁斯特角入射，多次反射将s光去除，得到p分量偏振光

5、只有以布儒斯特角入射且偏振方向平行于入射平面的光才能无损失地在腔内多次反射，最后形成激光输出。玻璃片堆玻璃片堆激光谐振腔激光谐振腔 激光输出布儒斯特窗M1M2BB4.5 4.5 几种几种典型情况下反射光的相位变化典型情况下反射光的相位变化正入射2111212-2pspsnnrrntnnnnt%rprstptsn1 n2+-n1 n2时反射光与入射光振动方向相同时反射光与入射光振动方向相同在任何情况下，透射光的方向和入射光相同在任何情况下，透射光的方向和入射光相同n1n2(a)n1 n2约定实际约定实际约定实际入射反射约定实际入射反射透射透射掠入射n1n2n1 n2约定方向实际方向1212212

6、1tan()tan()sin()sin()psiiriiiirii%n1 i2tan(i1+i2)0rp 0,rs 0n1 n2：掠入射：掠入射时，反射光与入射光，位相相差时，反射光与入射光，位相相差全反射1Ci则1212sinsin1niin2222212212cos1 sin0 cossin1sin1 iiniiiiin 2，（）。21211122121112cos(sin)1cos(sin)1pippnniininaibrr eaibnniinin%其中21cosani21112(sin)1nbnin设ia ibre则ia ibre可得1,2ppr其中211121121(sin)1tan

7、tancosnninbani21112121(sin)122tan cospnninni。同理1sr 21212111(sin)12tan cossnninni。1psrr由于说明入射的光全部被反射。光在介质板上下表面的反射和折射光在介质板上下表面的反射和折射透射光1和2振动方向相同。即无半波损失。只要光线2存在，光线1和2的振动方向总是相反的，即1和2的光程之间存在半波损失。12nn无论 或12nn光在多层透明介质界面的反射和折射光在多层透明介质界面的反射和折射n1n212n3光强和能流反射率和透射率及其相互关系光强和能流反射率和透射率及其相互关系光强和光的振幅的平方及介质的折射率成正比。能

8、流等于光强与光束的截面积的乘积，对于透射光而言，透射光和入射光的截面积之比为 21cos/cosii光从空气射入玻璃光强反射率随入射角变化的曲线光从玻璃射入空气【例4.1】已知一块平板玻璃的折射率为1.5，忽略光在玻璃中的多次反射，分别求光从空气（折射率为1.0）正入射到玻璃上表面，以及光从玻璃下表面射出时的振幅反射率、光强反射率、振幅透射率和光强透射率。正入射：【解】120ii21121212pspsnnnrrttnnnn，22212122211214()pspspnnnn nRRTTtnnnnn，。光入射至玻璃上表面时，121,1.5nn20%,20%,80%pspsrrtt光从玻璃下表面穿过时，20%,20%,120%pspsrrtt 4%,96%pspsRRTT4%,96%pspsRRTT121.5,1.0nn4.7 4.7 斯托克斯倒逆关系斯托克斯倒逆关系光从介质1（n1）入射到介质2（n2），振幅反射率和透射率分别为r和t；光从介质2（n2）入射到介质1（n1），振幅反射率和透射率分别为r和t。由能量守恒：221rt假设反射光与折射光按原路返回，由光的可逆性与能量守恒原理0rr21rtt斯托克斯倒逆关系斯托克斯倒逆关系222()()AArAt0ArtAtrArrAttA