全反射現(xiàn)象及其討論

1、全反射現(xiàn)象及其討論全反射現(xiàn)象及其討論摘要摘要：全反射現(xiàn)象是一種常見的現(xiàn)象，在現(xiàn)代社會(huì)中具有廣泛的應(yīng)用，本文將系統(tǒng)的闡釋全反射現(xiàn)象的物理解釋，詳細(xì)的介紹全反射現(xiàn)象的成因、特點(diǎn)、應(yīng)用等方面內(nèi)容，并進(jìn)一步提出其在未來社會(huì)中的應(yīng)用趨勢(shì)問題。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：全反射透射深度蜃景倏逝波光導(dǎo)纖維一、生活中的全反射一、生活中的全反射電磁波在兩種介質(zhì)分界面?zhèn)鞑r(shí)，會(huì)發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。在特殊情況下，電磁波從折射率大的入射到折射率小的介質(zhì)中，入射角大于某一臨

2、界角時(shí)，會(huì)發(fā)生全部能量被反射回原介質(zhì)中的現(xiàn)象，此時(shí)只有反射波，沒有折射波，即發(fā)生全反射現(xiàn)象。在平時(shí)生活中，我們會(huì)遇見很多全反射現(xiàn)象，其中主要是光的全反射，人們最熟知的即蜃景的產(chǎn)生。蜃景是一種奇幻的自然現(xiàn)象，在中國(guó)古代傳說和書籍中便有相應(yīng)的記載，如《史記天宮書》。蜃景多發(fā)生于海上和沙漠中，分別稱為“海市蜃樓”和“沙漠幻景”，但在柏油馬路和山中偶爾也能看見。根據(jù)蜃景出現(xiàn)的位置相對(duì)于原物的方位大致分為上蜃、下蜃以及側(cè)蜃等，根據(jù)它與原物的對(duì)稱關(guān)

3、系，可以分為正蜃、側(cè)蜃、順蜃和反蜃；根據(jù)顏色可以分為彩色蜃景和非彩色蜃景等等，蜃景具有在同一地方同一時(shí)間重復(fù)出現(xiàn)的特點(diǎn)。二、物理解釋二、物理解釋一束單色平面波，傳播到兩種不同介質(zhì)分界面時(shí)，假設(shè)反射、折射電磁波都是平面電磁波，且界面無窮大，則應(yīng)有如下表達(dá)式：()0()0()0ikxtikxtikxtEEeEEeEEe????????????????????????????????????????其中如右圖所示，、、分別E?E?E?表示入射

4、波、反射波、折射波，波矢量分量間的關(guān)系：xxxyyykkkkkk?????????????對(duì)于任意入射的電磁波，可將其分解為垂直分量和水平分量，現(xiàn)在分別考慮。根據(jù)反射定律和折射定律，易得，，，當(dāng)電sinxkk??sinxkk??sinxkk??磁波垂直入射面?zhèn)鞑r(shí)，，根據(jù)麥克斯韋邊值關(guān)系有：||(0)EEE??????[()]0[()]0nEEEnHHH?????????????????????????②①E?E??E???k?k??k

5、?????????n?zyx其中2221sincosntg?????由上述分析知全反射時(shí)反射波與入射波的振幅相等即它們的平均能流密度相等但由于有位相的變化說明它們的瞬時(shí)值不等即能量并非不透過界面.2）根據(jù)以上結(jié)論知，發(fā)生全反射時(shí)仍有折射波存在。發(fā)生全反射時(shí)，不管入射角有多大，邊值關(guān)系均成立，故。因?yàn)椋瑒tsinxxkkk?????1kv??2vk????1212vkkknv????得到222222212221sinsinzxkkkknki

6、kni????????????????根據(jù)上述公式可以看出，發(fā)生全反射時(shí)，折射波沿x軸傳播，其電場(chǎng)強(qiáng)度沿z軸正向并作指數(shù)衰減，只存在于界面附近一個(gè)層面，有一定的透射厚度，與波長(zhǎng)同量級(jí)，被稱為透射深度，表示為2212122121sin2sin1nnk??????????由電磁場(chǎng)量間的關(guān)系0()HkE??????對(duì)于透射波，將EH個(gè)分量展開，可求得瞬逝透射場(chǎng)的平均能流易得結(jié)論：透射波的平均能流密度值只有x分量，而沿Z方向的分量為零，但是能流

7、密度的瞬時(shí)值并不為零而是在界面層內(nèi)來回振蕩因此在該介質(zhì)中，雖有透射場(chǎng)的存在，但不能形成折射光束，入射波的能量全部返回至原介質(zhì)中。三、全反射的應(yīng)用三、全反射的應(yīng)用在現(xiàn)代社會(huì)中，全反射現(xiàn)象應(yīng)用廣泛，如全反射棱鏡、折射計(jì)、光導(dǎo)纖維傳光，又如自行車的尾燈，醫(yī)院里的內(nèi)窺鏡，潛望鏡以及望遠(yuǎn)鏡等等，全反射被運(yùn)用于生活生產(chǎn)實(shí)際的各個(gè)方面，包括通訊、醫(yī)療等。現(xiàn)在就幾點(diǎn)進(jìn)行深入分析。3.1光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，由石英、玻璃或特制塑料制成，