第21讲电磁场与电磁波.pptx

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1、1全反射与全透射 1.全反射与临界角问题：电磁波在理想导体表面会产生全反射，在理想介质表面也 会产生全反射吗？概念：反射系数的模等于 1 的电磁现象当条件：（非磁性媒质，即 ）由于第1页/共22页2因此得到，产生全反射的条件为：电磁波由稠密媒质入射到稀疏媒质中，即1 2 入射角不小于称为全反射的临界角。对全反射的进一步讨论 i c 时，透射波仍然是沿分界面方向传播，但振幅沿垂直于分界面的方向上按指数规律衰减。这种波称为表面波。第3页/共22页4z分界面稀疏媒质表面波第4页/共22页5例 子 一圆极化波以入射角i/3 从媒质1（参数为=0、40）斜入射至空气。试求临界角，并指出此时反射波是什么极

2、化？入射的圆极化波可以分解成平行极化与垂直极化的两个线极化波，虽然两个线极化波的反射系数的大小此时都为1，但它们的相位差不等于/2，因此反射波是椭圆极化波。解：临界角为可见入射角i/3大于临界角c/6，此时发生全反射。第5页/共22页6 例 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。解：在芯线和包层的分界面上发生全反射的条件为由于所以故第6页/共22页72.全透射和布儒斯特角平行极化波发生全透射当ib 时，/=0 全透射现象：反射系数为0 无反射波 布儒斯特角（非磁性媒质）：讨论 在非磁性媒质中，垂直极化入

3、射的波不会产生全透射 任意极化波以ib 入射时，反射波中只有垂直极化分量 极 化滤波 产生全透射时，证明第7页/共22页8第8页/共22页9 例 一平面波从介质1 斜入射到介质与空气的分界面，试计算：（1）当介质1分别为水r 81、玻璃r 9 和聚苯乙烯r 2.56 时的临界角c；（2）若入射角i=b，则波全部透射入空气。上述三种介质的i=？解：水玻璃聚苯乙烯介质临界角 布儒斯特角第9页/共22页106.46.4 均匀平面波对理想导体平面的斜入射均匀平面波对理想导体平面的斜入射 垂直极化波对理想导体表面的斜入射 设媒质1为理想介质，媒质2 为理想导电体，即则媒质 2 的波阻抗为 此结果表明，当

4、平面波向理想导体表面斜投射时，无论入射角如何，均会发生全反射。因为电磁波无法进入理想导体内部，入射波必然被全部反射。第10页/共22页11媒质1中的合成波 合成波是沿 x 方向的行波，其振幅沿 z 方向成驻波分布，是非均匀平面波；合成波电场垂直于传播方向，而磁场则存在 x 分量，这种波 称为横电波，即TE 波；合成波的特点第11页/共22页12 在 处，合成波电场E1=0，如果在此处放置一块无限大的理想导电平面，则 不会破坏原来的场分布，这就 意味着在两块相互平行的无限 大理想导电平面之间可以传播 TE波。合成波的平均能流密度矢量第12页/共22页13 例 当垂直极化的平面波以角度i 由空气向

5、无限大的理想导电平面投射时，若入射波电场振幅为Eim，试求理想导电平面上的表面电流密度及空气中的能流密度的平均值。解 令理想导电平面为 z=0 平面，如图所示。那么，表面电流Js 为已知磁场的 x 分量为求得ir 0 0 E iE rH iH rzx0第13页/共22页14能流密度的平均值 已知垂直极化平面波的各分量分别为求得第14页/共22页15 平行极化波对理想导体表面的斜入射平行极化波对理想导体表面的斜入射媒质1中的合成波由于，则第15页/共22页16 合成波是沿x方向的行波，其振幅沿z方向成驻波分 布，是非均匀平面波；合成波磁场垂直于传播方 向，而电场则存在x分量，这种波 称为横磁波，

6、即 T M 波；合成波的特点 在 处，合成波电场的E1x=0，如果在此处 放置一块无限大的理想导电平面，则 不会破坏原来的场分布，这就意味着在两块相互平行的无限大理想导电平面之间可以传播 T M 波。第16页/共22页17 例 已知空气中磁场强度为 的均匀平面波，向位于z=0处的理想导体斜入射。求：（1）入射角；（2）入射波电场；（3）反射波电场和磁场；（4）合成波的电场和磁场；（5）导体表面上的感应电流密度和电荷密度。故入射角为（2）入射波电场为解：（1）由题意可知，所以第17页/共22页18（3）反射波矢量为故反射波磁场和电场分别为（4）合成波的电场为第18页/共22页19合成波的磁场为（5）导体表面上的感应电流密度和电荷密度分别为第19页/共22页20第21次课结束！作业：6.1、6.4、6.8、6.29第20页/共22页21证明：因为所以返回！第21页/共22页22感谢您的观看！第22页/共22页