线偏振光经全反射后的偏振状态

在光纤通信中， 相干光通信具有选择性好， 灵 敏度高的优点
［!］
何意义 # 由于光纤通信一般是将要传输的电信号通过 调制成光信号进行传输的， 到端点再通过解调把 光信号解调成电信号， 所以我们考虑反射波中的
［(］ 电矢量 & ， 由菲涅耳公式 知
#
， 即在一光频段内可以划分非常
多的信道 # 相干通信时要求采用保偏光纤作传输 介质， 使用保偏光纤能够保证线偏振光的偏振方 向不变， 提高相干信噪比 # 为了获得线偏振光， 我 们知道， 可以让自然光以布儒斯特角入射到两种 介质的分界面上， 反射光为线偏振光； 也可让自然 光通过偏振片等手段来实现 # 线偏振光在光纤中 传输利用全反射原理， 线偏振光经过介质全反射 后其偏振状态是否不变？即是否仍为线偏振光？ 若偏振状态改变， 怎样改变？怎样才能使其偏振 状态不变， 下面来具体讨论 # 线偏振的光波从介质 ! （ 折射率为 !! ） 入射 到介质 " （折射率为 ! " ） 的交界面上，!! " !" ， 入 射角为!! ， 折射角为!" ， 发生全反射时的临界角 为!# ， 由斯涅耳定律知 # !! -./ !! $ !" -./ !" ， 由
计来规范实验教学管理 ! 实验室基本信息的规范化、 科学化、 现代化管 理是一项需要常抓不懈、 不断实践、 不断完善的系 统性工程， 要真正实现这一目标管理还需在今后 的工作中付出更多更艰辛的劳动， 不断提高管理 水平， 更好地为教学科研服务 !
［参考文献］
［$ ］ 张宝书 ! 北京高校基础课教学实验室 评估指南 ［ %］ !北 京： 北京航空航天大学出版社， $&&’ !$(’! ［# ］ 国家教委 ! 高等学校实验室工作规程 ［ )］ !$&&#! ［"］ 余孟华 ! 加强 大型 仪器设 备档 案管理 促 进 “#$$ 工程 ” 建设 ［ *］ ! 实验室研究与探索， #+++（ ，,） !$-$ !
质 ! 的相对折射率 # 把 ! 代入斯涅耳定律中得 -./ !" $ 23- ! " $ （$）
! " （,） -./ ! ! !" 由斯涅耳定律知， 发生全反射时， 所以 -./ ! ! " ! ，
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!" （!） ! ! "! # $ 012-./ !! 便发生全反射 # 在发生全反射时， 斯涅耳定律和菲 涅耳公式仍然成立 # 这是因为， 这些关系式都是由 麦克斯韦方程组和边值关系推导出来的， 是普遍 成立的， 但这时由斯 涅耳定律得 出的 !" 不是 实 数， 所以 ! “折射角” 这个直观的几 " 此时便失去了
［"］ 于 ! ! " !" ， 则!! % !" ， 如果入射角! ! 满足
-./ ! ! 23-! " ( -./ ! 23! !" ) -./ ! ! 23-! ! ( &’% $ -./ 23! ! !" ) 为讨论方便， 令 ! $ !" &’$ $ ! -./ ! !!
23-!! -./ ! " （"） &$ 23-!! -./ ! " -./!! 23- ! " （(） &% -./!! 23- ! " !! ，! 代表介质 " 对介
【编校： 饶咬成】
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体的折射率都比这个值小， 由此我们得出结论： 线 偏振光从一般透明介质到空气的全反射不可能产 生圆偏振光 ! 注意， 上述结 论是指 % 次全 反射， 它的 意义 是， 在 % 次这样的全反射中， 相位差达不到 ! ! 但 , 是， 在适当的条件下， 连续 , 次全反射， 它们各自 的 ! 之和可以达到 ! ! 菲涅耳就是根据这个道理 , 创造出菲涅耳棱镜， 使光在其中接连发生 , 次全 反射而产生圆偏振光的 ! （下转第 ,$ 页）
, ,)-. " ./0, % $ "% & ’ & , , ./0, "% & ’ & )-. " %
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% （%4） ’ , ( % * $’ 1 & 4 ’, ( % ,$ 由此我们又得出结论； 当入射光波的电矢量的两 ./0 "% # 个分量 !"! 和 !"" 的振幅相等， 并且入射角"% 和 相对折射率满足 （ %4） 式时， 反射波便是圆偏振波 ! 最后我们来讨论在光学波段由全反射产生圆偏 振的可能性问题， 由于 ./0 "% 是实数， 故由 （%4） 式 得： ’1 & 4 ’, ( % % & ， 解得 ’ % $ 2 ($ #和 ’& 由全反射条件知 ’ #， $2 & $ 故求得的相对 + %，
, , , 出所需条件为： （ ./01 " % & )-." % ./0 " % & ’ ） # &； , ,./01 （ ’, ( %） ./0, " % & "% ( ’ ! 由此解出 ./0" % 所 满足的方程为
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, ’ )-."% $ ./0 "% & ’ （%,） ./0, "% & ’, & ’1 )-., " % 由以上两式可见， 在全反射时， 电场强度垂直于入 射面的相位变化 !! ， 与平行于入射面的分量的 相位变化!" 是不相等的 ! 入射光波 是线偏振波时， 它的两 个分量 ! ! 和 ! " 的相位是相同的 ! 经过全反射后， 反射波的 两个分量 !"! 和 ! " 的相位便不再相同， 它们的 " 相位差为 ! # !! & !" # ’()*+ ’()*+
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由全反射的条件 ./0 " （ %2） 式的解 % % ’ 可得 为： （即"% # ! ） ./0"% # ’ 或 )-." ! 由此得 % # & , 出结论： 只有在刚刚发生全反射 （ ./0 "% # ’ ） 时
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使用效益评价 ! 通过仪器设备使用效益评价， 进一 步验证投资计划的科学性， 检查仪器设备预期使 用效益是否实现， 明确今后的投资方向 ! "! #! # 利用实验室基本信息统计， 规范实验教学 管理 以往的实验教学 （包括时间、 内容及要求） 有 较大的随意性， 缺乏规范化管理 ! 为了保证教学质 量， 我们通过对实验教学信息资料的收集， 使实验 教学不断改进并以 《实验室基本信息收集整理制 度》 为依据， 检查各门课程 的教学过程和教 学效 果 ! 督促教师搞好各个教学环节 ! 提高实验教学质 量 ! 如每学期实验开课前让教师填写实验教学周 历表， 实验项目卡， 单元分组实验循环表 ! 实验分 组指导时， 填写学 生实验预习成绩、 实验 操作成 绩， 统计实验报告批改成绩等， 以实验教学信息统
（*） & " % ! " 23-!! ) * & -./" ! ! ( ! 这便是全反射时的菲涅耳公式， 下面我们便从它
" ! " 23-!! ( * & -./" ! ! ( !
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［作者简介］ 王国强 （!4+$ 5 ） ， 男， 河南淅川人， 郧阳师范高等专科学 校物理系 副教授， 主要从事 电磁学光学 及吸波 材料研究 #
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出发来讨论问题 ! 由 （"） 式和 （ #） 式得 !
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!） 或掠入射时 （" 时， 反射光波的偏振状态 % # , 才是线偏振的 ! 在入射光波电场强度 ! 的两个分 量的振幅 相等 （即 ! ! # ! " ） 时， 由 （$ ） 式知， 反射波 两个分量振幅也是相等的， 即 !"! # 时， 如果相位差 !" ， 这 "
由 （ "） 式和 （#） 式得 !! # ’()*+ !" # ’()*+ ,)-. " ./0, "% & ’ , % $ ./0, "% & ’, & )-., "%
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，) # &， （%3） %， ,， 2… ! #（, ) ( %）! , 则反射波便为圆偏振波， 把 （ %3） 式代到 （%2） 式， 得
［收稿日期］ "&&" 5 &4 5 !&
! " （+） -./!! ( ! !" 将 （ $） 式和 （+） 式分别代入 （" ） 和 （ (） 式中消去 !" ， 23- ! " $ *
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当 ! 为 ! 的整数倍时 ! ! 和 ! " 合成为线 偏振光波 ! 把这个条件代入 （ %2） 式得
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折射率为 ’ & $ 2 &$ # ’ & , 1%, ! 设介质 % 是透 明介质 （如玻璃） ， 介质 , 是空气， 则要使光从透明 介质到空气发生全反射而产生圆偏振光， 那么该 透明介质的折射率应为 % % % ， 除 ’ & , 1%, # , , 1%1 了金刚石的折射率能达到这个值外， 一般透明物
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线 偏 振 光 经 全 反 射 后 的 偏 振 状 态
王国强! ， 许丹奇"
（!# 郧阳师范高等专科学校 "# 汉江中学
［摘
物理系，湖北 丹江口
丹江口
$$"%&&；
初中部，湖北
$$"%&&）
要］ 当线偏振光在介质表面发生全反射时， 依据斯涅 耳定律和 菲涅耳公式， 对反 射光的偏 振状态进
行了讨论 # 结果表明， 只有在刚刚发生全反射或掠入射 时， 反 射光才是线 偏振光， 在其它情 况下可能出 现圆偏 振光 # ［关键词］ 全反射； 斯涅耳定律； 菲涅耳公式； 线偏振光； 圆偏振光 ［中图分类号］ ’$$!#( ［文献标识码］ ) ［文章编号］ （"&&"） !&&* —+&%" &+—&&", —&"
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此结果表明， 反射光波的电场强度 !" 的两个
" 分量 !" 分别等于入射波中相应 ! 和 !" 的振幅，
# #
分量 ! ! 和 !" 的振幅， 即是说， 在全反射中， 电 场强度的两个分量的振幅保持不变 ! 再看相位， 令
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