第4章平面电磁波传播第3讲

第四章平面电磁波传播

第三讲

赛北412-1

郎婷婷

langtingting@

主要内容

4.1 绝缘介质中的单色平面波

*4.2 导电介质中的单色平面波

4.3 电磁波在两种绝缘介质分界面

上的反射和折射

4.4 全反射消逝波和导引波

*4.5 电磁波在导电介质表面上的反射和折射

4.4 全反射消逝波和导引波•1. 全反射（光由光密进入光疏n 1>n 2）折射定律：12sin sin i t

n n θθ=21arcsin(/)

C n n θ=经过推导，运用菲涅尔公式得到

（1）反射率等于1，光能没有透射损失，全都反射回光密介质。

（2）反射光相对于入射光有位相跃变。

1//==⊥r r

////ϕϕi i e r e r −−⊥==⊥，

海市蜃楼

全反射原理在生活中的应用

及对奇妙自然现象的解释

缩短镜筒长度全反射棱镜

在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向．望远镜为了提高倍数，镜筒要很长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度．

潜望镜在实际的潜望镜里用全反射棱镜代替平面镜

例题下图为光纤的剖面示意图，如果要求光波从空气进入光纤芯线后，在芯线和包层的分界面上发生全反射，从一端传至另一端，确定入射角的最大值。

1θt θi θ22r n ε=1r1

n ε=1θ解：在芯线和包层的分界面上发生全反射的条件为

222

2i 1t 1t 12112sin sin 1cos 1(/)n n n n n n n

θθθ==−≤−=−1c 21sin sin /n n θθ≥=1t t sin sin()cos 2πθθθ=−=2t c 1

cos sin n n θθ≥=1t 2πθθ=−由于所以22imax 12arcsin()

n n θ=−故1c 2121arcsin /arcsin(/)

n n θθεε≥==

光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信．

光

纤

光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强．虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的．

光导纤维

内窥镜

光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部

内窥镜的结构

光导纤维在

医学上的应用

2. 光疏介质中的波场—消逝波•光刚入射到分界面时，经历了短暂的非稳态过程，在此过程中，有部分电磁能流入光疏介质。一旦稳定，全部能量返回光密介质。

•透射波仍然是沿分界面方向传播，但振幅在垂直于分界面的方向上按指数规律衰减，称为消逝波（倏逝波，表面波）

透射波电场为()t 0(,)e e tx

i k x t z t E r t E ωα⋅−−==G G G

z 消逝波分界面

稠密媒质z

x

O

稀疏媒质

沿x 方向传播，在z 方向衰减

消逝波的实验检测牛顿实验

全反射时无干扰，亮光斑

透镜4λ距离时就可以观察到光强变化即使无接触，中心也是黑的

光通过倏逝波耦合

到透镜里去了

全反射时，由于倏逝波的存在使得一部分椭圆形区域感光

光学隧道显微镜

光纤

光纤到表面距离< λ时，倏逝波会进入光纤

调节光纤的位置，使透出光强保持定值，

探头位置变化就反映了表面形状

类似与电子隧道显微镜，得到表面的形状。

浙江大学童利民教授

现代光学仪器国家重点实验室(MOI)

Movie

Evanescent coupling

between a 450-nm and a

500-nm diameter silica

wires

一根直径450nm和一根

直径500nm的硅纳米光

纤之间的消逝波耦合

3. 光密介质中的波场—导引波

合成场的性质

•能量沿平行界面方向流动，垂直界面方

向无能量传输。

•合成场沿x方向为行波。

•合成场沿z方向为驻波。若放置另一光疏介质平板，则构成介质导波系统（波导），光波场被约束着中间光密介质层

中沿界面方向传播。

•电场矢量与传播方向垂直（横电波TE）。•磁场矢量与传播方向垂直（横磁波TM）。

光波导