1_第三章 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射(1)

四川大学933物理考研光学部分，分享了光波、光波的偏振态、光在各向同性介质界面的反射和折射的知识，一起来看。

第三章 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射

• 1. 光波
  • （1）光的速度、折射率和光强
    • 光波
      • 定义
        • 某一波段的电磁波
      • 特点
        • 横波的一种，传播速度为光速
      • 介质中的光速
        • 公式
        • 介质折射率
          • 公式
          • 介质物理性质
      • 光强
        • 定义
          • 通过光场某处的平均能流密度 或称为光功率面密度
        • 公式
          • I=A²或I=nA² 其中A是电场振幅
        • 注意
          • 光化学作用、光合作用以及眼睛的视觉主要由电场矢量E导致。 因此，E被称为光矢量。
  • （2）光波场的数学描述
    • 1. 一维单色平面光波场
      • 沿z轴传播的一维平面简谐波的波函数
        • 表达式
        • 特点
          • 等振幅
          • 频率单一
          • 是标量波
        • 空间周期
          • 波长λ
        • 空间频率
          • f=1/λ
        • 描写一维简谐波场的两组参量
    • 2.三维单色光波场
      • 波的传播方向
        • 波矢量或传播矢量的方向 大小为k=2Π/λ
      • 波函数
        • 表达式
      • 波场的空间周期与空间频率
        • 描述方法
          • 用波场空间频率矢量f描写波场空间周期性
        • 表达式
          • 若传播方向的方向余弦为（cosα，cosβ，cosβ）
            • 则有
              • 空间周期
              • 空间频率
      • 空间频率矢量f与波矢量k的关系
        • 表达式
  • （3）球面光波场
    • 发散球面光波场
      • 表达式
    • 会聚球面光波场
      • 表达式
  • （4）复振幅
    • 表达式
    • 沿x方向传播的一维平面波的复振幅
      • 表达式
    • 球面波复振幅
      • 表达式
      • 注意
        • 式子中的“±”表示会聚与发散
    • 共轭波
      • 定义
        • 复振幅的复共轭函数
      • 表达式
      • 物理意义
        • 共轭波与原波互为共轭，它们实振幅空间分布相同，传播方向相反。 例如发散的球面波，其共轭波变成了会聚球面波。
    • 光强的复振幅表示
      • 表达式
• 2.光波的偏振态
  • 光的偏振
    • 定义
      • 光矢量在垂直传播方向的平面内
        • 可能有各种
          • 不同振动状态
  • 线偏振光
    • 定义
      • 在垂直于光波传播方向的某一平面内
        • 光矢量
          • 只变大小，不变方向（末端轨迹是一条直线）
  • 线偏振光的分解
    • 任何线偏振光都可以看成两个
      • 振动方向垂直
      • 相位相同或相反
      • 振幅比一定的
      • 线偏振光
        • 的合成
    • 线偏振光分解示意图
    • 线偏振光分解表达式
  • 圆偏振光
    • 定义
      • 在垂直于光波传播的平面内
        • 光矢量
          • 以圆频率旋转
            • 而大小不变（末端轨迹是一个圆）
    • 沿z轴传播的圆偏振光
      • 可看作
        • 两个
          • 在x和y方向等振幅
          • 振动相位差为±Π/2
          • 线偏振光
            • 的合成
    • 表达式
    • 左右旋偏振光
      • 右旋偏振光
        • 定义
          • 迎着光传播方向看
            • 光矢量沿顺时针旋转
      • 左旋偏振光
        • 定义
          • 迎着光传播方向看
            • 光矢量沿逆时针旋转
  • 椭圆偏振光
    • 定义
      • 在垂直于光传播方向的某一平面内
        • 光矢量
          • 大小和方向都改变（末端轨迹是一个椭圆）
    • 椭圆偏振光的分解
      • 沿z轴传播的椭圆偏振光
        • 可看作
          • 两个
            • 在x、y 轴方向振动
            • 有一定相位差
            • 振幅不等
            • 线偏振光
              • 的合成（末端轨迹是椭圆）
    • 合成波光矢量轨迹方程
      • 注意
        • 式中Ex=Ax cos(ωt-kzo), Ey=Ay cos(ωt-kzo+δ）
  • 自然光
    • 定义
      • 光矢量从统计平均来看，对传播方向是完全对称的
    • 自然光分解
      • 可看成
        • 两个
          • 振动方向互相垂直
          • 振幅相等
          • 相位完全无关
          • 线偏振光
            • 的合成
  • 部分偏振光
    • 定义
      • 偏振态介于线偏振光和自然光之间的光
    • 特点
      • 在垂直于光传播方向平面内
        • 光矢量具有各种方向，不同方向上振幅大小不同
          • 不具有轴对称性
    • 偏振度
      • 表达式
• 3.光在各向同性介质界面的反射和折射
  • （1）光波的s分量与p分量
    • s分量
      • 光波的光矢量分解在入射面内的分量
    • p分量
      • 光波的光矢量分解在垂直于入射面内的分量
    • 示意图
  • （2）菲涅尔公式
    • 光波正入射时，有i1=i2=0
  • 反射率与透射率
    • 反射率
      • 表达式
    • 透射率
      • 表达式
  • （3）布儒斯特定律
    • 定义
      • 当入射角满足i1+i2=Π/2时，Rp=0 反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光 反射角即为布儒斯特角iB
    • 表达式
      • taniB=n2/n1