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材料表面反射光的偏振状态

发布时间:2020-11-05 09:58:51 浏览量:158 作者:Richard

摘要

光在两种介质表面上的行为除了传播方向可能发生改变以外,还有能流的分配,相位的跃变和偏振态的变化,这些问题可以根据光的电

磁理论,由电磁场的边界条件求得全面的解。在电磁理论之前,菲涅尔已用光的弹性以太论回答了这些问题。本文结合部分偏振相关理

论,使用偏振相机对一些材料的表面反射光的偏振状态做了一些实验,对反射光的偏振特性建立一定感性认知。

关键词


摘要:光在两种介质表面上的行为除了传播方向可能发生改变以外,还有能流的分配,相位的跃变和偏振态的变化,这些问题可以根据

光的电磁理论,由电磁场的边界条件求得全面的解。在电磁理论之前,菲涅尔已用光的弹性以太论回答了这些问题。本文结合部分偏振

相关理论,使用偏振相机对一些材料的表面反射光的偏振状态做了一些实验,对反射光的偏振特性建立一定感性认知。

一、 菲涅尔公式

p为平行入射面方向,s为垂直入射面方向

菲涅尔公式表明:

1、 反射折射光里的p分量和s分量是互相独立的。

2、 p分量和s分量的反射率和透射率一般是不一样的,而且反射时可能发生相位跃变,这样一来,反射和折射都会改变入射光的偏振

态。


二、反射光的偏振特性

如图是根据菲涅尔方程得到的反射率和入射角关系图,T是光的入射角,R是光在物体表面的反射率。


对于绝缘体来说,反射光绝大部分被吸收,其中p偏光被吸收的成分更多。而金属中的电子不像绝缘体中的电子一样付着在原子周围,

而是自由状态。假设现在有一个独立的电子被放到一束电磁波(光)中,那么电子就会跟随电磁场做规则震荡运动,电子本身的能量不

变。但是如果金属中的电子被电磁波(光)照射,电子在做震荡运动的时候还会与周围的原子或离子发生碰撞,每碰撞一次,电子就会

得到更多的能量,电子的运动方向也会发生改变。


三、 金属与绝缘体实验

实验通过偏振光照明,使用偏振相机来观察测试金属和绝缘体(纸面)的反射光特性。

1、 在金属表面上使用偏振相机观察

测试样板图


 


同时也更换了其它表面粗糙程度不同的金属,测试了其它入射角度和反射角度,以及其它偏振角度,得到结论反射光和入射光的偏振角

度基本一致。

这是因为s和p偏振分量的反射率较高,入射光的偏振方向中s和p分量都被反射。


2、 纸面

同时也测试了其它入射反射方向以及其它偏振方向。

绝缘体表面反射光的偏振方向和入射光关系不大,基本是自然光。

绝缘体表面反射的s和p分量都较低,反射的基本基本都是漫反射成分,最终也就看到各个偏振方向的强度比较接近。


结论:金属表面的反射行为接近于镜面反射,反射光的偏振与入射光偏振状态基本一致。绝缘体材料表面一般为漫反射行为,反射光接近于自然光的偏振状态。


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