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2017年12月18日 星期一

丁酉(鸡)年十一月初一

平面电磁波的反射和折射 - 平面电磁波的反射和折射 [回目录]

平面电磁波的反射和折射 - 正文 [回目录]

  平面电磁波在介质界面上发生的现象。电磁波(包括光)由一种均匀各向同性介质中传播到与另一种均匀各向同性介质的分界平面上,就分向两种介质中传播,向第一种介质中传播的是反射波,向第二种介质中传播的是折射波。电磁波的反射和折射的强度和相位,由界面处电磁场的边界条件确定。
  设入射波为均匀平面波,入射波矢与界面法线所张的平面为入射面。根据电场的边界条件,在分界面上电场强度的切向分量连续,由此得出反射波矢和折射波矢都在入射面内,其中反射波也是均匀平面波,它的传播方向与界面法线的夹角(反射角)等于入射方向与界面法线的夹角(入射角)。至于折射波则可分为两种情形:
  ①介质2的折射率大于介质1的折射率,即n2>n1,或虽然n1>n2,但入射角θi满足平面电磁波的反射和折射的情形。这时折射波也是均匀平面波,令折射波的传播方向与界面法线的夹角(折射角)为θt,则θtθi有关系式:

平面电磁波的反射和折射

这就是光学上的斯涅耳定律。
  ②n1>n2而且平面电磁波的反射和折射的情形,这时折射波不是均匀平面波,它的振幅沿着进入介质的深度而逐渐衰减到零。反射波的振幅则与入射波相同。这种现象称为全反射现象。
  反射波、折射波与入射波振幅之间的关系也可根据边界条件求出。分别考虑电场强度垂直于入射面和平行于入射面两种情形,根据界面处EH的切向分量连续性可得:在界面上

平面电磁波的反射和折射
平面电磁波的反射和折射
平面电磁波的反射和折射
平面电磁波的反射和折射

这四式合称为菲涅耳公式,式中E为复振幅,下标 r表示反射,t表示折射,⊥表示垂直于入射面的分量,∥表示平行于入射面的分量。根据菲涅耳公式,在恰好符合θi+θt=90°的特定入射角(称为布儒斯特角)上,反射波平行入射面的分量Er=0,这是由于反射波是由介质2中的极化电流的辐射所引起的,而在这个特定的入射角上,反射波的传播方向刚好是这极化电流辐射场为零的方向,这种现象称为全偏振现象。

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更新时间 : 2009-04-24

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