光波及其在各向同性介质界面的反射和折射.pptx

光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日0研究的主要问题：研究的主要问题：光波场的数学描述；光波场的数学描述；光波的偏振状态；光波的偏振状态；光在各向同性介质界面的反射和折射。光在各向同性介质界面的反射和折射。要点：要点：1.1.光波的复振幅描述；光波的复振幅描述；2.2.菲涅耳公式；光偏振状态的判定。菲涅耳公式；光偏振状态的判定。光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日1光光光光 波波波波：光波是波长在微米量级附近的电磁波。光波是波长在微米量级附近的电磁波。光波是波长在微米量级附近的电磁波。光波是波长在微米量级附近的电磁波。电磁波是横波，其能流密度矢量有：电磁波是横波，其能流密度矢量有：电磁波是横波，其能流密度矢量有：电磁波是横波，其能流密度矢量有：1 光波场的数学描述光波场的数学描述一一一一般般般般只只只只考考考考虑虑虑虑光光光光波波波波中中中中的的的的电电电电场场场场矢矢矢矢量量量量，称称称称之之之之为为为为光光光光矢矢矢矢量量量量。光强光强光强光强I I I I有：有：有：有：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日2光波场的数学描述光波场的数学描述光波场的数学描述光波场的数学描述：光光光光波波波波是是是是矢矢矢矢量量量量波波波波，但但但但一一一一般般般般可可可可用用用用标标标标量量量量波波波波的的的的形形形形式式式式描述其振幅和位相。描述其振幅和位相。描述其振幅和位相。描述其振幅和位相。沿沿沿沿z z轴方向传播的一维平面简谐波的波函数：轴方向传播的一维平面简谐波的波函数：轴方向传播的一维平面简谐波的波函数：轴方向传播的一维平面简谐波的波函数：一维单色平面光波场一维单色平面光波场一维单色平面光波场一维单色平面光波场：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日3 沿沿沿沿r r r r方向传播的三维平面简谐波的波函数：方向传播的三维平面简谐波的波函数：方向传播的三维平面简谐波的波函数：方向传播的三维平面简谐波的波函数：三维单色平面光波场三维单色平面光波场三维单色平面光波场三维单色平面光波场：传播的三维球面简谐波的波函数：传播的三维球面简谐波的波函数：传播的三维球面简谐波的波函数：传播的三维球面简谐波的波函数：三维单色球面光波场三维单色球面光波场三维单色球面光波场三维单色球面光波场：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日4 为便于简谐波的叠加、相乘等运算，适用为便于简谐波的叠加、相乘等运算，适用为便于简谐波的叠加、相乘等运算，适用为便于简谐波的叠加、相乘等运算，适用复数形式表达简谐波，其中简谐波的实部为实复数形式表达简谐波，其中简谐波的实部为实复数形式表达简谐波，其中简谐波的实部为实复数形式表达简谐波，其中简谐波的实部为实际观察到的波函数：际观察到的波函数：际观察到的波函数：际观察到的波函数：波函数的复数表达波函数的复数表达波函数的复数表达波函数的复数表达 复振幅复振幅复振幅复振幅：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日5 当略去含有时间的指数因子时：当略去含有时间的指数因子时：当略去含有时间的指数因子时：当略去含有时间的指数因子时：波函数的复数表达波函数的复数表达波函数的复数表达波函数的复数表达 复振幅复振幅复振幅复振幅：称为复振幅。而根据复函数的运算法则：称为复振幅。而根据复函数的运算法则：称为复振幅。而根据复函数的运算法则：称为复振幅。而根据复函数的运算法则：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日6菲涅耳公式菲涅耳公式菲涅耳公式菲涅耳公式：考考考考 虑虑虑虑 入入入入 射射射射波波波波、反反反反 射射射射 波波波波 和和和和折折折折 射射射射 波波波波 的的的的 光光光光 矢矢矢矢量量量量为为为为两两两两个个个个分分分分量量量量：s s s s（垂垂垂垂直直直直于于于于入入入入射射射射面面面面）和和和和p p p p（平平平平行行行行于入射面）。于入射面）。于入射面）。于入射面）。2 光在各向同性介质界面的反射和折射光在各向同性介质界面的反射和折射光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日7菲涅耳公式菲涅耳公式菲涅耳公式菲涅耳公式：振幅反射比振幅反射比振幅反射比振幅反射比/振幅透射比振幅透射比振幅透射比振幅透射比光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日8菲涅耳公式菲涅耳公式菲涅耳公式菲涅耳公式：反射比与透射比关系：反射比与透射比关系：反射比与透射比关系：反射比与透射比关系：正入射时：正入射时：正入射时：正入射时：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日9菲涅耳公式菲涅耳公式菲涅耳公式菲涅耳公式：光由空气入射玻璃时振幅比随入射角的变化光由空气入射玻璃时振幅比随入射角的变化光由空气入射玻璃时振幅比随入射角的变化光由空气入射玻璃时振幅比随入射角的变化光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日10反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率：对光束而言，其能流有：对光束而言，其能流有：对光束而言，其能流有：对光束而言，其能流有：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日11反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率：定义反射率定义反射率定义反射率定义反射率R R、透射率、透射率、透射率、透射率T T有：有：有：有：振幅反射比振幅反射比振幅透射比振幅透射比光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日12反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率：代入有：代入有：代入有：代入有：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日13反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率：若入射光为振动面和入射面垂直的线偏振光：若入射光为振动面和入射面垂直的线偏振光：若入射光为振动面和入射面垂直的线偏振光：若入射光为振动面和入射面垂直的线偏振光：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日14反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率：若入射光为振动面和入射面平行的线偏振光：若入射光为振动面和入射面平行的线偏振光：若入射光为振动面和入射面平行的线偏振光：若入射光为振动面和入射面平行的线偏振光：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日15反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率：若入射光为自然光或圆偏振光：若入射光为自然光或圆偏振光：若入射光为自然光或圆偏振光：若入射光为自然光或圆偏振光：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日16反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率：当当当当R Rp p为为为为零零零零时时时时，入入入入射射射射角角角角i iB B称为布儒斯特角。称为布儒斯特角。称为布儒斯特角。称为布儒斯特角。反射率随入射角的变化反射率随入射角的变化反射率随入射角的变化反射率随入射角的变化光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日17反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率反射率与透射率：反射率随介质反射率随介质反射率随介质反射率随介质折射率的变化折射率的变化折射率的变化折射率的变化当当当当自自自自然然然然光光光光正正正正入入入入射射射射或或或或入入入入射角很小时射角很小时射角很小时射角很小时。光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日18反射和折射致偏振反射和折射致偏振反射和折射致偏振反射和折射致偏振 当当当当自自自自然然然然光光光光正正正正入入入入射射射射或或或或掠掠掠掠入入入入射射射射时时时时，R Rs s=R Rp p；反反反反射射射射光和折射光仍为自然光。光和折射光仍为自然光。光和折射光仍为自然光。光和折射光仍为自然光。当当当当入入入入射射射射角角角角满满满满足足足足：i i1 1 i i2 2 /2/2；则则则则R Rp p 0 0 0 0：反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光。反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光。反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光。反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光。此此此此时时时时的的的的入入入入射射射射角角角角称称称称为为为为布布布布儒儒儒儒斯斯斯斯特特特特角角角角满满满满足足足足i iB B。此此此此时入射光与折射光相互垂直。时入射光与折射光相互垂直。时入射光与折射光相互垂直。时入射光与折射光相互垂直。布儒斯特定律布儒斯特定律光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日19反射和折射致偏振反射和折射致偏振反射和折射致偏振反射和折射致偏振 1.1.1.1.当当当当自自自自然然然然光光光光以以以以布布布布儒儒儒儒斯斯斯斯特特特特角角角角入入入入射射射射时时时时，折折折折射射射射光光光光为部分偏振光，为部分偏振光，为部分偏振光，为部分偏振光，p p p p分量占优，且偏振度最大；分量占优，且偏振度最大；分量占优，且偏振度最大；分量占优，且偏振度最大；2.2.2.2.玻片堆产生偏振光；玻片堆产生偏振光；玻片堆产生偏振光；玻片堆产生偏振光；光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日20反射和折射致偏振反射和折射致偏振反射和折射致偏振反射和折射致偏振 3.3.3.3.外腔式激光器中的起偏：布儒斯特窗；外腔式激光器中的起偏：布儒斯特窗；外腔式激光器中的起偏：布儒斯特窗；外腔式激光器中的起偏：布儒斯特窗；光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日21反射和折射致偏振反射和折射致偏振反射和折射致偏振反射和折射致偏振光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日22相位突变相位突变相位突变相位突变 由菲涅耳公式可见：由菲涅耳公式可见：由菲涅耳公式可见：由菲涅耳公式可见：由由由由菲菲菲菲涅涅涅涅耳耳耳耳公公公公式式式式可可可可见见见见：arcarcr r即即即即为为为为入入入入射射射射点点点点处处处处E E1 1 和和和和E E1 1间间间间的的的的相相相相位位位位差差差差；arcarct t即即即即为为为为入入入入射射射射点点点点处处处处E E2 2和和和和E E1 1间间间间的的的的相位差；相位差；相位差；相位差；t tp p和和和和t ts s总总总总是是是是正正正正实实实实数数数数，故故故故折折折折射射射射波波波波和和和和入入入入射射射射波波波波在在在在界界界界面面面面处处处处同同同同相相相相位！位！位！位！光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日23相位突变相位突变相位突变相位突变 对入射波和反射波而言，则因：对入射波和反射波而言，则因：对入射波和反射波而言，则因：对入射波和反射波而言，则因：因因因因此此此此，对对对对入入入入射射射射波波波波和和和和反反反反射射射射波波波波而而而而言言言言，相相相相位位位位关关关关系系系系比比比比较较较较复杂。复杂。复杂。复杂。光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日24相位突变相位突变相位突变相位突变 1.1.1.1.近于正入射时：近于正入射时：近于正入射时：近于正入射时：入入入入射射射射光光光光波波波波在在在在反反反反射射射射时时时时发发发发生生生生了了了了 相相相相位位位位突突突突变变变变，或或或或称称称称半半半半波波波波损失损失损失损失。a.a.a.a.n n1 1 n n2 2：光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日25光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日26相位突变相位突变相位突变相位突变 2.2.2.2.掠入射时：掠入射时：掠入射时：掠入射时：入入入入射射射射光光光光波波波波在在在在反反反反射射射射时时时时发发发发生生生生了了了了 相相相相位位位位突突突突变变变变(半半半半波波波波损损损损失失失失)。n n1 1 n n2 2：i i 9090 光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日27相位突变相位突变相位突变相位突变3.3.3.3.薄膜上下表面的反射：薄膜上下表面的反射：薄膜上下表面的反射：薄膜上下表面的反射：在在在在薄薄薄薄膜膜膜膜上上上上下下下下两两两两侧侧侧侧媒媒媒媒质质质质相相相相同同同同情情情情况况况况下下下下，均均均均产产产产生生生生半半半半波波波波损失。损失。损失。损失。光学教程专题光学教程专题 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射光波及其在各向同性介质界面的反射和折射2024年8月22日28下一节课内容：下一节课内容：下一节课内容：下一节课内容：第六章，将进入光的偏振的学习第六章，将进入光的偏振的学习第六章，将进入光的偏振的学习第六章，将进入光的偏振的学习