工程光学第五章解析.ppt

菲涅耳公式 其中 为相对折射率。 当垂直入射时， s分量和p分量相互独立 （一）振幅透射系数和振幅反射系数 a 从光疏到光密介质 若 均不为零 无折射波。 若 ， ， （布儒斯特角） 反射全偏振现象。 若 二、菲涅尔公式的讨论 b 从光密到光疏介质， 若 （临界角）， ，全反射。 ， 产生反射全偏振现象。 若 ， 若 均不为零。 tp ts rp rs 0 -1.0 0 3.0 0.2 1.2 n=1/1.5 （二）位相变化 1．折射波与入射波的相位关系： 折射波总与入射波同位相。 均为正值，即 取任何值， 可见无论 2．反射波与入射波的相位关系： 1）反射光和入射光中s，p分量的相位关系 a、 时，光从光疏介质到光密介质 外反射s波的位相变化 S波： 发生 的相位突变。 入、反射波反相， 由 过程中， 在 始终为负值。 外反射p波的位相变化 b、 时，光从光密介质到光疏介质 内反射s波的位相变化 内反射p波的位相变化 2）反射光与入射光的相位关系 n1 n2 n1 n2 正入射n1n2; 正入射n1n2 b. 掠入射 ，若 ，则 合成反射光波与入射波近似相反，有半波损失。 n1 n2 掠入射n1n2 （三）反射比和透射比 入射波光能： 反射波光能： 折射波光能： 设为非磁性介质。 1 反射比： 透射比： 由菲涅耳公式得: 且由能量守恒： 能量守恒： 影响反射比和透射比的因素，除了界面两边介质的特性外，还须考虑入射波的偏振性和入射角的因素。 对于自然光， 正入射时， ρ随入射角的变化 此时反射比只取决于相对折射率 空气→玻璃（n=1.52） （四）反射和折射时的偏振关系 一般情况下， ，反射和折射时， 其偏振状态相对入射光会发生变化。 即使入射光是线偏振光，其反射光和折射光的振动面也会发生偏转。 1、 自然光的反射、 折射特性 自然光含有等量的S光和P光，发生反射、折射后会变为部分偏振光，其反射光/透射光的偏振度为 n2 n1 a、反射光中垂直振动强于平行的振动； b、折射光中平行的振动强于垂直振动； c、反射光折射光偏振化的程度随入射角的不同而不同。 这里所说的“垂直”和“平行”是对 入射面而言的。 当 ，即 ，反射全偏振， 称为布儒斯特角或起偏角 没有p波,只有s波 n2 n1 p波占优势 对于自然光,因为 note： 折射光仍为部分偏振光 入射角为θB ， 反射光线垂直折射光线 布儒斯特角不同于全反射的临界角 当且仅当 时，反射光才是线偏振光。且 n1n2或n1n2都可以。 而全反射:入射角i ? i临都是全反射。由于 故只有n1n2才会发生全反射。 ? ? ? ? n1 n2 ? ? 反射光 例:一束入射的线偏振光振动方位角αi=45°，入射角θ1=40°，求反射光的振动方位角？ 反射光的振动方位角为 2、 线偏振光反射的振动面旋转 s分量p分量的振幅反射系数分别为rs=-0.2845，rp=0.124 5 反射光中二分量的振幅分别为 解： ?5.3.3 全反射与倏逝波 光从水中发出，以不同的入射角射向空气，所产生的折射和全反射的情形。 当 由 时， 很快趋于1。 化越明显。 差别越大，变 全反射时ρ随入射角的变化 一、全反射的振幅和位相变化 应用：临界角高精度对焦 代入菲涅耳公式得： 可见， 均变为复数。 就描述了全反射时s波、p波在界面上的位相变化情况。 当 ，则： 当 或90o时， 入射线偏振光反射后仍为线偏振光。 全反射时位相的变化 在全反射条件下，两个分量有不同的位相变化，两分量的位相差为 反射光波由线偏振光变为椭圆偏振光。 时， 当 菲涅耳菱体就是利用这个原理将入射的线偏振光变为圆偏振光的。n=1.51,选取θ1=54°37′或θ1=48°37′，有δ=45°。垂直菱体入射的线偏振光，若其振动方向与入射面的法线成45°角，则在菱体内上下两个界面进行两次全反射后，s分量和p分量的相位差为90°，因而输出光为圆偏振光. 适当选取n和θ1，可得到特定的δ，从而改变入射光偏振态。 二、倏逝波 取xz面为入射面，因电磁场不会在界面上突然中断，设透射波为： 因为： 且 ,所以 可见这是一个沿x方向传播，其振幅在z方向作指数衰减的波，称为倏逝波。 倏逝波沿x方向传播的波长为 沿x方向传播的速度为 定义振幅减少到界面处振幅的1/e时的深度为穿透深度 ： 约波长量级 倏逝波：发生全反射时，透过界面进入第二媒质约波长量级，沿着界面流过波长量级距离后返回第一媒质，沿着反射波方向出射。 结论：全反射现象有如下特点： a.无反射能量损失 b.存在相位变化 c.存在倏逝波 He－Ne d V