4.4 反射光在反射点产生的相位跃变 半波损失

物理科学与信息工程学院§4.4反射光在反射点产生的相位跃变半波损失第四章波动光学的电磁理论基础（Electromagnetictheoryofwaveoptics）一、反射光与折射光的相位变化前面我们规定了入射光、反射光、折射光中P、S分量的正方向，并认为它们的振幅均为正值。若由菲涅尔公式得出的反射光或折射光P、S分量为负值，则说明其相应分量的相位发生了的突变。由菲涅耳公式以导出反射光、折射光在反射点的相位变化规律。物理科学与信息工程学院1.反射光的位相变化光在介质表面发生反射时有两种情况：外反射：光由光疏介质射入光密介质时发生的反射内反射：光由光密介质射入光疏介质时发生的反射1).外反射（1）P分量的相位变化。对于外反射，2121,iinn且i1和i2都小于/2物理科学与信息工程学院212111iitgiitgAArPPP由菲涅耳公式：因为021iitg所以rp的正负完全由分母决定。21iitg时221ii当0pr这时的入射角用iB表示，称为布儒斯特角。BBiiii2,21当代入折射定律,可得:121nntgiB物理科学与信息工程学院即当以iB入射时，反射光中没有P分量，只有S分量.，021iitg时，即时20211iiiiB当0pr则无相位跃变。a.时，即时22211iiiiBb.当，021iitg0pr则Bi21ip什么情况下，透射光没有反射能量损失？反射光的P分量发生相位跃变。物理科学与信息工程学院(2)反射光中S分量的相位变化对于外反射,由212111sinsiniiiiAArsSS因为0sin21ii0sin21ii所以0sr反射光中，S分量有的相位跃变。1i20s物理科学与信息工程学院2）内反射时反射光在反射点的相位变化。(1)P分量：1211sinnniic,,2121iinn对于内反射将发生全反射。时，当22ia.当，时01Bii，021iitg，021iitg因此，0prP分量发生的相位跃变。b.当，时1cBiii，021iitg，021iitg时即221ii因此0prP分量无相位跃变。物理科学与信息工程学院将发生全反射。C.当，时21iic其相位的改变量为：pp满足下式：,cossin21212innitgP,12nnn之间变化在~0p0Bici2p1i物理科学与信息工程学院(2)S分量的相位变化内反射时：,,2121iinn，时01ciia.当0sin21ii,0sin21ii因此0sr则S分量无相位跃变。（b）当将发生全反射。，时21iic其S分量的相位改变为s物理科学与信息工程学院,cossin21212initgS之间变化。在~0s满足下式：0ci2s1i物理科学与信息工程学院2.折射不改变相位。对于外反射2121,iinn对于内反射2121,iinn21211212cossincossin2iiiiiiAAtPPP211212sincossin2iiiiAAtSSS无论入射角i1大小如何，都有0,0sptt二、光反射时的半波损失光波具有时空双重周期性，在光程上，每隔半个波长光矢量的振动方向相反。当光在两种介质界面上反射时，如果反射光的光矢量振动方向相对于入射光的光矢量变成共线反向。或者说在反射点反射光电矢量相对于入射光电矢量相位突变，这种现象称为“半波损失”。物理科学与信息工程学院其意义是：在折射点，折射光的振幅相位不因折射而产生变化。即在折射点，折射光总是与入射光的振动同相位。物理科学与信息工程学院1.正入射，外反射时，反射光产生半波损失正入射时i1=0，由外反射时的相位跃变图可知，反射光P，S分量的相位改变量分别为Sp,0Ap1As1'1sA'1pA规定正方向由图可以看出：实际振动方向相反。与1111,0,0PPPPAAAA实际振动方向相反。与1111,0,0SSSSAAAA实际振动方向'1sA'1pA物理科学与信息工程学院由菲涅耳公式知，当i1=0时，211211nnnnAArPPp211211nnnnAArsss1pA1sA1A1'pA1'sA1'A如图，在反射点，反射光和入射光矢量的振幅A1′与A1共线反向，说明由于反射，在反射点，反射光电场矢量相对于入射光电场矢量相位跃变了，即反射光电场矢量产生了半波损失。物理科学与信息工程学院2.掠入射，外反射时，反射光产生半波损失大角掠射时，spi,,21按照P,S分量各自约定的正方向在反射点处。如图1pA1sA1'pA1'sAAP10,AP1′0,AP1与A′P1实际振动方向反向。AS10,A′S10,AS1与A′S1实际振动方向反向。物理科学与信息工程学院由菲涅尔公式：1sprr1A1pA1sA1'pA1'sA1'A因此，在反射点反射光电场矢量和入射光电场矢量的振幅A′1与A1共线反向。即反射光的电场矢量产生了半波损失。类似可知：3.内反射时，反射光无半波损失。4.在任何情况下，折射光永不产生半波损失。物理科学与信息工程学院三、介质板上下表面反射和折射时的半波损失AB1n2n1n12C1pA1sAd若光在两介质界面上反射时的物理性质不同(物理性质不同是指一个面是外反射，一个面是内反射)两反射相干光1、2之间将产生/2的附加光程差。两透射相干光1、2之间不产生/2的附加光程差。若光在两介质界面上反射时的物理性质相同(物理性质相同是指上下两个面都是是外反射，或着都是内反射)两反射相干光1、2之间不产生/2的附加光程差。两透射相干光1、2之间将产生/2的附加光程差。321nnnABCD1n2n1221d3n321nnn即或nn内反射时，折射角随着入射角的增大而增大，当折射角等于900时，对应的入射角为ic。点光源.全内反射ci称作临界角。ci四、全内反射临界角内反射：光从光密媒质入射到光疏媒质。外反射：光从光疏媒质入射到光密媒质。物理科学与信息工程学院当入射角大于等于时，全部光能量都反回原介质这种反射叫作光的全反射，或叫作光的全内反射。ci.arcsinnnic可以计算出cicinnsin90sin0由折射定律:本节结束四、全内反射临界角