196月焦t9年作大学学报南2第2期(〕URNALOF)ZIJ(〕IJNIV卫RSITY·1JJIA(JUll9,9反射光偏振的理论解释宋爱琴李凤云(焦作工学院)摘要根据光与物质相互作用的原理,采用电偶极子振动辐射模型对反射光的偏振现象进行直观的解释,并针对学生在学习光的偏振规律时存在的一些疑问作。回答关键词光的偏振电偶极子辐射工科物理〔’l在讲授光在二透明介质分界面上反射和折射的偏振规律时,采用实验的方法直接给了当自然光以一特定的角度iB人射时,反射光只有垂直于人射面的光振动,而没有平行于人射面的光振动,而且iB满足_,:_气g‘U一尘n-(1)。这就是布儒斯特定律,如叫做起偏角或布儒斯特角且此时有7r70十1,二二二丁(2)Z。即当人射角为起偏角时,反射光与折射光相互垂直,如图l学生在学习了反射光的偏振后仍存在如下疑问:(a)从理论上怎样解释反射光的偏振现象?(b)如果自然光的光振动不是沿着入射面和垂直于人射面的两个正交方向分解,而是沿着任意两正交方向分解,反射偏振光的光振动仍然垂直于人射面吗?,(。)反射光中平行于入射面的光振动能量到哪里去了是否转移到折射光中去了?上面这些问题的解释涉及到光波的电磁场与物质相互作用的问题,问题的精确解释比较复杂,在此我们采用简单的偶极辐射。图1的原理对这些问题作定性的解释布儒斯特定律1用菲涅耳公式解释布儒斯特定律通常布儒斯特定律是根据菲涅耳公式进行解释的。菲涅耳公式可以根据麦克斯韦方程组,,。及电磁场的边界条件导出[z]在此我们不作推导直接给出菲涅耳公式当一平面光波射到两种不同介质的分界面上时,将分成两个波:一个反射波和一个折射。波,它们分别遵循反射定律和折射定律假设平面光波‘一E=A尸(tL庵r)(3)第2期宋爱琴李凤云:反射光偏振的理论解释沿着人射面yoz投射到折射率分别为nl和n:的二介质的分界,L、,:、面xoy上以i杯(=i)和i分别表示人射角反射角和,。,折射角如图2示E的方向不一定与人射面垂直或平行但可以把E分解为垂直于人射面的分量E:和平行于人射面的分量。,凡E:的正向与图面垂直并指向读者E户的正向如图2所示,、(只要在整个讨论中保持统一规定E和凡的正向可选为上述,。方向也可以选为与之相反的方向而不影响结果的普遍性)、、,‘:、以ElEl和EZ分别表示人射波反射波和折射波的垂直图2平面波人射到介质分界面,、、、、,。、、于人射面的电矢量分量其对应振幅分别为AlALAZ以马pE;pE,Z/分别表示、、、人射波反射波和折射波的平行于人射面的电矢量分量,其对应振幅分别为AlpA,p。AZp这样菲涅耳公式可以表示为:’l、sn,一2ii1.了、、产.A‘吸2Z、2z、子、()‘O、”厂一、==4rs入万sin(i,+12)sAZZsiniZcosil外介乙l,sn1+2、i11卜七”卜、A()__工豆tg(11一12)A冲tg(11+12)_旦卫史_ZsiniZeosixsn12Cos;一2(7)A助i(1+1)(i1)一、一式中,,称为垂直分量的反射系数,t称为垂直分量透射系数,,。称为平行分量的反射系。数,外称为平行分量的透射系数,,由式(6)可知自然光投射到两种不同介质的分界面时当入射角满足关系i,十几一二,,。=,,,0’时『‘反光中没有振行于人射面的量因而反光是振光电、动分.射完全其“射’’卜、‘平‘‘偏护粤’尹司J了以J否’JJ、,JJ曰子’”J月J/目/目刀认2。’2”~~,~月一~~~一Ilq~目。矢量的振动垂直于人射面,这个结论就是布儒斯特定律而这时的入射角称为起偏角或布儒,·斯特角记为i。即将i。+‘2一晋的关系代人折射定律,,1sin‘l一7,25‘n‘2可以得至“(‘)式2用光与物质相互作用的原理解释布儒斯特定律。从光与物质相互作用的观点来看布儒斯特定律,其物理意义是很明确的人射光波的电‘磁场在第二个介质中将激发原子中的电子振动,因而原子作为振荡电偶极子向四周辐射出次级波,这些次级波在第一个介质中组。成反射波,在第二个介质中组成折射波由于原子振动的方向和光波电矢量的方向相同,因此原子的振动也可以用平行人射面和。垂直人射面的两个分量表示,如图3‘,平行于人射面的偶极子P1}位于坐标原点O并与二轴平行该偶极子在远区(kr妻l)产生的辐射场为曰:X_,l.阳2L止‘二二一~~:曰~一,K,I一__月一-一3JI一2匕口slllt,匕(8)图电偶极子