(三)菲涅耳公式及其讨论(电磁场的连续条件)解读
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实验名称 菲涅尔公式的认识一、实验目的:加深理解菲涅尔公式,对给出的反射波或折射波与入射波振幅的相对变化进行分析,以及对相位变化进行分析。
二、实验原理:任一方位振动的光矢量E 都可以分解成互相垂直的两个分量称平行于入射面振动的分量为光矢量的p 分量,记为EP 。
称垂直于入射面振动的分量为光矢量的s 分量,记为ES 。
1.菲涅耳公式:表示反射波、折射波与入射波的振幅和位相关系。
(1)S 波(垂直于入射面分量)的菲涅耳公式s r ——S 波的振幅反射系数 s t ——S 波的振幅透射系数(2)P 波(平行于入射面分量)的菲涅耳公式p r ——P 波的振幅反射系数 p t ——P 波的振幅透射系数2.光从光疏介质入射到光密介质(如空气射向玻璃)当 时,即垂直入射时, 都不为零,表示存在反射波和折射波。
当 时,即掠入射时, 即没有折射光波。
s t 、p t 随1θ的增大而减小;s r 随1θ的增大而增大,直到等于1;221122112121s 1s 1s n n n n A A r θθθθθθθθcos cos cos cos )sin()sin('+-=+--==2211112121s 1s 2s n n n 22A A t θθθθθθθcos cos cos )sin(sin cos +=+==211221122121p 1p1p n n n n tg tg A A r θθθθθθθθcos cos cos cos )()('+-=+-==211211212112p1p 2p n n n 22A A t θθθθθθθθθcos cos cos )cos()sin(cos sin +=-+==p s p s t t r r 、、、01=θ901=θ0t t 1r r p s p s ====,p r 值在() 902B B 1=+=θθθθ时,有0r p =,即反射光波中没有p 波,只有s 波,产生全偏振现象。
§1-6 菲涅耳公式一.菲涅耳公式电磁波通过不同介质的分界面时会发生反射和折射,在电动力学中将讲到入射、反射和折射三束波在分界面上振幅的大小和方向之间的关系,这一关系可由菲涅耳公式表达出来,上节提到的在反射过程中发生的半波损失问题,就可以用这个公式来解释,这一公式对以后讲到的许多光学现象,都能圆满地加以说明。
菲涅耳公式的内容说明如下:在任何时刻,我们都可以把入射波、反射波和折射波的电矢量分成两个分量,一个平行于入射面,另一个垂直于入射面。
有关各量的平等分量与垂直分量依次用指标P 和S 来表示。
以1i 、'1i 和2i 分别表示入射角、反射角和折射角,它们确定了各波的传播方向(在大多数情况下,只要注意各波的磁场矢量即可,因为知道了各个波的传播方向,各波的磁场矢量就可按右螺旋关系确定)。
以1A 、'1A 和2A 来依次表示入射波、反射波和折射波的电矢量的振幅,它们的分量相应就是1P A 、1'P A 、2P A 和1s A 、1's A 、2s A 。
由于三个波的传播方向各不相同,必须分别规定各分量的某一个方向作为正方向,这种规定当然是任意的。
但是只要在一个问题材的全部讨论过程中始终采取同一种正方向的选择,由此得到的各个关系式就具有普遍的意义,(a)(b)(图1-16)图1-16中xy 平面为两介质的分界面,z 轴为法线方向,xz 平面为入射面,规定电矢量的s 分量以沿着y +方向的为正,这对于入射、反射和折射三个波都相同,图中III II I 、、三个面依次表示入射、反射和折射三个波的波面。
电矢量的P 分量沿着这三个波面与入射面的交线,它们的正方向分别规定为如图1-16)()(b a 、所示,且S 分量、P 分量和传播方向三者构成右螺旋关系。
在传播过程中,电矢量的方向是在不断变化的,我们所注意的仅是在反射、折射过程这一瞬时的变化,所以菲涅耳公式所表示的有关各量的方向都是指紧靠两介质分界面O 点处而言的(在图中为清楚起见,将通过O 点的三个波面画III II I 、、画在离开O 点较远之处)。