全反射全折射a学习教案

会计学1全反射全折射全反射全折射(zhsh)a第一页，共30页。波的折射波的折射(zhsh)(zhsh)现象：现象： 当入射波以某一角度入射时，入射波在分界面处全部当入射波以某一角度入射时，入射波在分界面处全部透射透射(tu sh)(tu sh)于第二种媒质中，不发生反射的现象。于第二种媒质中，不发生反射的现象。 1 .1 .对平行极化波的情况对平行极化波的情况(qngkung)(qngkung)： 1B2tcoscos布儒斯特角或偏振角1202tB1coscos若1tB2sinsin22B12sin2B12arcsin2B1arcsin或：0coscoscoscos211211/ttR第1页/共30页第二页，共30页。2.2.对垂直极化波的情况对垂直极化波的情况(qngkung)(qngkung)t1i2coscost1i2sinsinit但由于 ，因此 。12it2i1tcoscos0结论结论(jiln)(jiln)：垂直极化波斜入射时，不可能发生全透射现象。：垂直极化波斜入射时，不可能发生全透射现象。折射(zhsh)定律：0coscoscoscos112112ttR第2页/共30页第三页，共30页。1020,2.25, 120 布儒斯特角布儒斯特角b ：使平行极化波的反射系数等于：使平行极化波的反射系数等于(dngy)0 的的角。角。垂直极化波垂直极化波/40.20.40.60.81.0/20.0透射系数透射系数反射系数反射系数平行极化波平行极化波/4/20.20.40.60.81.00.0透射系数透射系数反射系数反射系数/第3页/共30页第四页，共30页。时， sin2121B 反射系数为零，发生全折射反射系数为零，发生全折射(zhsh)现象，对应的入射角称为布儒斯特现象，对应的入射角称为布儒斯特角：角： 全折射现象只有全折射现象只有(zhyu)在平行极化波的斜入射时才会发生；在平行极化波的斜入射时才会发生；第4页/共30页第五页，共30页。 如果电磁波以任意极化方式并以布儒斯特角入射，由于只有平行极化波在入射角等于(dngy)布儒斯特角时的反射才等于(dngy)零，则反射波中只有垂直极化波。这就是极化滤除效应。 一般的平面波以布儒斯特角入射时情况(qngkung)如何？请问请问(qngwn)(qngwn)：一圆极化波布儒斯特角斜入射时，反射波是什么极化方式？一圆极化波布儒斯特角斜入射时，反射波是什么极化方式？第5页/共30页第六页，共30页。小结小结(xioji)全折射和布儒斯特全折射和布儒斯特角角平行极化波发生全透射。平行极化波发生全透射。当当ib 时，时，R/ = 0 全折射现象全折射现象(xinxing)：反射系数为：反射系数为0 无反射波无反射波。2b1arctan 布儒斯特角布儒斯特角（非磁性媒质）（非磁性媒质） ： 讨论讨论(toln)bt2 产生全折射时，产生全折射时， 。 在非磁性媒质中，垂直极化入射的波不会产生全透射。在非磁性媒质中，垂直极化入射的波不会产生全透射。 任意极化波以任意极化波以ib 入射时，反射波中只有垂直极化分量入射时，反射波中只有垂直极化分量 极极 化滤波。化滤波。第6页/共30页第七页，共30页。概念：反射系数的模等于概念：反射系数的模等于 1 1 的电磁现象的电磁现象(xinxing)(xinxing)称为全反称为全反射。射。条件条件：（非磁性媒质，即（非磁性媒质，即 ）120问题：电磁波在理想导体表面会产生问题：电磁波在理想导体表面会产生(chnshng)(chnshng)全反射，在理想介质全反射，在理想介质表面也表面也 会产生会产生(chnshng)(chnshng)全反射吗？全反射吗？第7页/共30页第八页，共30页。1.1.全反射的条件全反射的条件(tiojin)(tiojin)由折射定律(dngl)可知：当 时，必然有 。1122 ti临界角如果入射角增大到某个角度时，恰好使 ，则：o90t1222c11arcsin t11i22sinsin o11c22sin90sin 2c1arcsin全反射：全反射：当当 时，介质时，介质2 2中没有透射波的现象。中没有透射波的现象。icitc第8页/共30页第九页，共30页。1R何时发生全反射，使何时发生全反射，使 ？1212sin121211212121122/sincossincos/jjeRRj121221/cossinsincarctg1/R122sin，则901c若 ：-Critical angle 临界角临界角c121arcsin即第9页/共30页第十页，共30页。12121121212sincossincosjjeRRj1212cossinsincarctg1R结论结论产生产生(chnshng)全反射的条件为：全反射的条件为：c1当当 ，无论平行极化波或垂直极化波，都将发生全反射无论平行极化波或垂直极化波，都将发生全反射（ ）。）。1R条件条件： ，要求要求 ，电磁波由光密媒质入射到光疏媒质，电磁波由光密媒质入射到光疏媒质。1sinc12第10页/共30页第十一页，共30页。2. 对全反射的进一步讨论对全反射的进一步讨论(toln) i c 时，时， c120RR/第12页/共30页第十三页，共30页。12221222sincoszkzjk12122112122112212sinsinsin1cosj相应地，媒质(mizh)2中折射波的z向指数因子化为2可见，这里 为虚数，代表一个运算因子为虚数，代表一个运算因子，不是实空间的透射波传播方向。不是实空间的透射波传播方向。cos此时(c sh)取“”号，代表z向衰减(shui jin)因子。第13页/共30页第十四页，共30页。研究(ynji)垂直极化波全反射时场分布特点媒质媒质(mizh)1中的场分布中的场分布 11)( EEEEyEEyyiri)sin(110)cossin(2)cossin(0)cossin(0)cossin(0111111111111111)coscos(2)(xkjizxjkjzxjkizxjkizxjkiezkEeeeEeEReEE(1) 波的幅度沿沿z向呈驻波分布向呈驻波分布(2)波沿沿x向传播向传播，且沿x向的幅度没有变化。(3)场强沿z向变化，所以它是非均匀平面波是非均匀平面波。(4)等幅面（z=const）与等相面（x=const）相互垂直。图6.4-3 全反射时垂直极化波电场的场分布 第14页/共30页第十五页，共30页。媒质媒质(mizh)2(mizh)2中的场分布中的场分布 121211sincoscos2jeTTtj透射系数代入1212sinsinkk1212sinsin及全反射1212212sincosj透射波沿着透射波沿着z z向按照指数规律衰减向按照指数规律衰减(shui jin)(shui jin)，电磁波集中在界面附近，称为表面波。，电磁波集中在界面附近，称为表面波。式中衰减系数sincoskjkjkaz)sin(|xkjaziteeTEEE得到第15页/共30页第十六页，共30页。z表面波表面波分界面分界面稠密媒质稠密媒质zxO稀疏媒质稀疏媒质第16页/共30页第十七页，共30页。由于沿x方向相位常数11011sinsinrkk在全反射时901c所以110102sinkkkkrcr12/kk沿传播方向(fngxing)x向的相速小于媒质2中的相速，总是小于光速，因此称为慢波。该波沿界面方向(fngxing)传播，是一种“导行电磁波” ，光纤通信正是利用这种导波传输的。故相速12pppa2b21n2n纤芯包层保护层图6.4-5 光纤结构(jigu)简图第17页/共30页第十八页，共30页。 例例 一平面波从介质一平面波从介质(jizh)1 (jizh)1 斜入射到介质斜入射到介质(jizh)(jizh)与空气的分界面，试计算：（与空气的分界面，试计算：（1 1）当）当介质介质(jizh)1(jizh)1分别为水分别为水r r 8181、玻璃、玻璃r r 9 9 和聚苯乙烯和聚苯乙烯r r 1.56 1.56 时的临界角时的临界角c c ；（；（2 2）若入射角）若入射角i = b i = b ，则波全部透射入空气。上述三种介质，则波全部透射入空气。上述三种介质(jizh)(jizh)的的i =i =？ 解解：c21arcsin(/)6.3819.4738.68水水玻璃玻璃(b (b l)l)聚苯乙烯聚苯乙烯介质介质(jizh)临界角临界角 布儒斯特角布儒斯特角b21arctan(/)6.3418.4332第18页/共30页第十九页，共30页。图6.4-6中 n1=1.468，n2=1.464，问：入射光波的入射角多大，可使入射光波在纤芯界面间来回(lihu)全反射而形成导波？ 图6.4-6 光纤中的子午(z w)射线 解 为在纤芯界面处产生(chnshng)全反射，要求 121sinnnci由折射定律， iitnnnnnn20101010sin1cossinsin临界值 ，得 ci,108.0)(1sin222121201maxnnnnnno2 . 6maxo第19页/共30页第二十页，共30页。 解 (a)34. 68111121tgtgBi(b),9939. 034. 6sin19sinsin1212nn66.832976. 066.83cos34. 6cos966.83cos34. 6cos9coscoscoscos22112211nnnnR%4 .71714. 060sin22RSSSSSSaviaviaviavraviavr)0, 1,81(rr60?i0iERR ,/一线极化平面波由淡水 入射于水空气分界面上，入射波电场矢量入射波电场矢量与入射面的夹角与入射面的夹角为 。试求：(a)入射角 时反射波只有垂直极化波分量；(b)此时反射波得实功率是入射波的百分之几？(c)若使入射平面波的实功率全部反射回水中，入射角应取多大(d)采用下图坐标系，写出入射波和反射波的电场强度复矢量表示式。 (设入射波电场强度振幅为 ，平行极化和垂直极化波反射系数分别为 。)第20页/共30页第二十一页，共30页。38. 6811sinsin1121ci(d)iiiizxjkiiizxjkiiiieEyzxeEyzxEcossin0cossin0112321sincos60sin60cossincosiizxjkiiireERyRzxEcossin0/12321sincos作业(zuy) 6.4-1,6.4-3(c)第21页/共30页第二十二页，共30页。第22页/共30页第二十三页，共30页。第23页/共30页第二十四页，共30页。微波微波(wib)加热加热第24页/共30页第二十五页，共30页。第25页/共30页第二十六页，共30页。第26页/共30页第二十七页，共30页。卫星地面测控站卫星地面测控站第27页/共30页第二十八页，共30页。射电望远镜射电望远镜微波微波(wib)武器武器第28页/共30页第二十九页，共30页。第29页/共30页第三十页，共30页。