物理光学4 反射与折射中的一些特殊现象

第一种情况：n1<n2n_1<n_2n1<n2
也就是入射端的折射率小于折射端的折射率（也就是从光疏介质到光密介质，可以类比从空气中传播到玻璃中），根据Snell定律，此时折射角小于入射角。如果n1=1,n2=1.5n_1=1,n_2=1.5n1=1,n2=1.5，根据Fresnel方程可以确定平行于入射平面（下标为P）与垂直于入射平面（下标为S）的透过系数（tP,tSt_P,t_StP,tS）与反射系数（rP,rSr_P,r_SrP,rS）。

可以发现：

tP,tS>0t_P,t_S>0tP,tS>0，说明折射光线没有发生相位变化（no phase-shift）；虽然到现在为止我们关注的主要是光强，但后续介绍到干涉的时候相位就会非常重要了
当θi→0\theta_i \to 0θi→0时（垂直入射），光在垂直于入射平面的方向上的分量（称为S-wave）反射系数为负（rS=n1−n2n1+n2r_S=\frac{n_1-n_2}{n_1+n_2}rS=n1+n2n1−n2），此时场的方向改变180度（因为eiπ=−1e^{i\pi}=-1eiπ=−1），相当于S-wave在界面处比折射光多走了半个波长，这个现象被称为半波损失（half-wave loss）；另外，光在平行于入射平面上的分量（称为P-wave）反射系数为正（rT=n2−n1n1+n2r_T=\frac{n_2-n_1}{n_1+n_2}rT=n1+n2n2−n1），此时场的方向也会改变180度，因此P-wave也会发生半波损失。
当θi→π/2\theta_i \to \pi/2θi→π/2时（平行入射，或者掠射，glazing incidence），此时∣rP∣,∣rS∣→1|r_P|,|r_S| \to 1∣rP∣,∣rS∣→1，也就是几乎无折射；
当0<θi<π/20<\theta_i<\pi/20<θi<π/2时，rS<0r_S<0rS<0，S-wave发生半波损失；定义Brewster角θB=arctan⁡(n2/n1)\theta_B = \arctan(n_2/n_1)θB=arctan(n2/n1)当θi<θB\theta_i<\theta_Bθi<θB时，rP>0r_P>0rP>0；当θi=θB\theta_i=\theta_Bθi=θB时，rP=0r_P=0rP=0；θi>θB\theta_i>\theta_Bθi>θB时，rP<0r_P<0rP<0；也就是说以Brewster角入射的光它的反射光只有S-wave（在单一方向振动的光，也就是单一方向的偏振光），这个性质在实验中有重要的应用，Brewster角因此也叫偏振角（polarization angle）

第二种情况：n1>n2n_1>n_2n1>n2
也就是入射端的折射率大于折射端的折射率（从光密介质到光疏介质，可以类比从玻璃中传播到空气中），根据Snell定律，此时折射角大于入射角。如果n1=1。5,n2=1n_1=1。5,n_2=1n1=1。5,n2=1，根据Fresnel方程可以确定平行于入射平面（下标为P）与垂直于入射平面（下标为S）的透过系数（tP,tSt_P,t_StP,tS）与反射系数（rP,rSr_P,r_SrP,rS）。

与从光疏介质到光密介质的传播不同的性质如下：

当θi→0\theta_i\to 0θi→0时，rS>0r_S>0rS>0, rP<0r_P<0rP<0，因此S-wave与P-wave都没有半波损失；
θC\theta_CθC被称为临界角(critical angle)，当入射角等于这个值时，折射光平行于界面（θt=π/2\theta_t=\pi/2θt=π/2），但入射角超过这个值以后，折射光就不存在了（但事实上在界面上折射光的光强还不为0，但越过界面就为0了，因此这时的折射光被称为evanescent wave，倏逝波），折射角也没有意义了，此时只剩下反射了，因此θC\theta_CθC也叫全反射角，θC=arcsin⁡(n2/n1)\theta_C=\arcsin(n_2/n_1)θC=arcsin(n2/n1)从数学上推导，当θi>θC\theta_i>\theta_Cθi>θC时，sin⁡θt=n1n1sin⁡θi>1\sin \theta_t = \frac{n_1}{n_1}\sin \theta_i>1sinθt=n1n1sinθi>1显然找不到折射角的实数解，但我们可以考虑cos⁡θt=±1−sin⁡θt2=±i(n1n1sin⁡θi)2−1\cos \theta_t = \pm \sqrt{1-\sin \theta_t^2}=\pm i \sqrt{(\frac{n_1}{n_1}\sin \theta_i)^2-1}cosθt=±1−sinθt2=±i(n1n1sinθi)2−1也就是说，折射角可以用复数来表示；代入到Fresnel方程可以得到反射系数也是复数，并且模为1（入射光与反射光光强相等），幅角代表反射光发生的phase-shift；如果P-wave与S-wave的phase-shift正好差π/2\pi/2π/2，那么反射光就是圆偏振光（互相垂直的偏振方向上电场的相位差π/2\pi/2π/2）。

物理光学4 反射与折射中的一些特殊现象相关推荐

【Unity3d】(二) Unity3D--光的反射与折射实现
Unity3D--光的反射与折射实现最近做老师的科研项目,主要方向是虚拟现实,重点是研究光学物理实验.在这里写一些自己开发过程中想法和实现细节,方便自己回顾和分享给需要的小伙伴! ☆☆☆☆☆☆☆☆☆ ...
UA PHYS515A 电磁理论V 电磁波与辐射4 反射与折射
UA PHYS515A 电磁理论V 电磁波与辐射4 反射与折射假设平面z=0z=0z=0是两种不导电介质的交界面,z<0z<0z<0的空间中介质的介电常数与磁导率为ϵ1,μ1\ep ...
OpenGL基础37：反射与折射
前置:OpenGL基础20:镜面光照一.反射不一定所有的光源都是简单的白光,不仅如此,光线也是可以多次反射的,例如一面镜子,可以从中看到远处的风景,一些金属材质的物体表面也会反射周围物体的光这主 ...
反射，折射，菲涅尔反射总结
立方体纹理(Cubemap)最常见的是用于天空盒子以及环境映射,通常被用作具有反射,折射属性物体的反射源.Lighting-Environment中添加对应的材质. 材质对应贴图的类型要选择Cube. ...
Unity Shader 入门精要——反射、折射
目录反射折射菲涅尔反射反射使用了反射效果的物体通常看起来就像镀了层金属.想要模拟反射效果很简单,我们只需要通过入射光线的方向和表面法线方向来计算反射方向,再利用反射方向对立方体纹理采样即可. ...
Cubemap应用之反射，折射，菲涅耳反射
cubmap 先将场景环境渲染到cubemap中,可以离线渲染,也可以实时渲染.对于静态的效果,离线就可以.离线还可以使用外部资源,如拍摄的全景图生成cubemap. 想象cubemap是一个包围在场 ...
matlab声场折射模拟,凹面相控阵聚焦声场在液固界面上的反射和折射
1引言随着计算机和电子等技术的发展,超声相控阵探测技术在近几年取得了快速发展和应用[15],在一些领域相继出现了相对成熟的探测方法和商业仪器,使超声探测技术在精度和速度上大大提高[69].在超声相控阵 ...
反射，折射，菲涅尔反射Shader实现
反射 - 对物体表面进行反射处理折射 - 对物体表面进行折射处理菲涅尔反射 - 对物体入射角越小的反射效果越好,越大的边界反射亮度越大.(大概就是这样,具体查百度) 菲涅尔反射的效果跟接近现实中环 ...
平面电磁波的反射与折射，极化滤波作用
目录引言反射定律和折射定律反射系数和折射系数平面电磁波在理想介质分界面上的全反射和全折射全反射全折射极化滤波作用平面电磁波在良导体上的反射与折射引言再复杂的电磁波我们都可以看作是很 ...

物理光学4 反射与折射中的一些特殊现象

物理光学4 反射与折射中的一些特殊现象

物理光学4 反射与折射中的一些特殊现象相关推荐

最新文章

热门文章