用光栅测水中的光波长

光的传播速度极快，当光穿过不同介质时，会在介面处发生折射，在介质中，光的速度减小．这里设计了一个实验，可测出光在不同液体中的波长，也可以利用此方法测出不同液体的折射率．     

Q:什么是光的全反射现象?声波有全反射么?

正(读者:罗浩宇)A:光在两种不同的介质中传播速度一般不一样快,在其中光速较快的介质叫光疏介质,在其中光速较慢的介质叫光密介质。当光线从光密介质射向光疏介质时,如果入射的角度超过某一临界角,折射光线将完全消失,全部的光线都被反射,这种现象叫做全反射。比如光在水中传播的速度就大概只有在空气中传播速度的3/4,因此当光线从水底射向空气,并且入射角(入射光线与入射表面法线的夹角)超过48.8°时,光线将全部被反射回水里。声音也是一种波,也存在全反射现象。     

折射介质为单轴晶体的全反射分析

根据电磁场边值关系和晶体光学基本方程给出光在单轴晶体和各向同性介质分界面上的光波解,在全反射条件下,对晶体中折射波矢的传播方向,能流特性及折射率变化这些不同于各向同性介质全反射的物性做了较详细的分析。     

光子晶体在荧光集光太阳能光伏器件中对波长选择反射的理论计算

为了减少荧光集光太阳能光伏器件的非全反射荧光逃逸,使荧光有效传输到侧面的太阳能电池上,可以在光波导介质与空气界面铺设一层二维光子晶体,利用光子晶体的光子带隙实现荧光的全反射,有可能提高光波导对荧光的收集效率.这里用有限元分析软件Ansys计算了不同折射率、不同形状(圆柱、四棱锥、四方柱、六角柱、圆锥)正方晶格单层二维光子晶体0～45°间TE波和TM波的反射系数.结果表明,当光波导介质为玻璃(折射率1.5)、光子晶体介质为TiO2(折射率2.2)、形状为四方柱时,光子晶体在0～13°的范围内形成带隙,相应的理论收集效率从74.5%提高到77.1%.     

光在介质中的折射

研究了光磁场的电磁感应对介质的作用, 建立了电子云导体模型: 介质中一个电子的电子云可以看作一个微小导体, 光变化磁场的电磁感应导致光与电子云导体之间能量交换. 光在介质中速度减慢起因于这种能量交换. 应用电子云导体模型和能量守恒原理, 导出介质折射率表达式, 并用表达式计算了几种介质的折射率, 计算结果与实测值符合很好. 用此观点解释了折射率的各向异性, 以及静电场或静磁场对介质折射率的影响.     

光纤光学通信实验介绍

光导纤维简称光纤,在光纤（均匀折射率光纤）中,光是依靠在纤芯和包层两种介质分界面上的全反射向前传播的。光纤通讯有很多优点,比如通讯容量大,频带宽．抗干扰性强等优点。由于光纤在通讯行业和军事上的重要应用,在基础教学中开设光纤通信实验,加强学员对光纤通信的感性认识和对激光的了解,具有十分重要的意义。     

Q&A

<正>Q:光速永远是最快的吗?引力之类的是否会让光减速?A:根据相对论,没有任何物体或信息的运动速度可以超过真空中的光速。物体的引力只会改变空间的"形状",不会使得光传播的速度改变,它仍然以最高速度和最短路径通过空间。当背景光源发出的光在星系、星系团及黑洞之类具有较强引力的天体附近经过时,光线会像通过透镜一样发生弯曲,产生可以观测到的引力透镜效应。但是通常情况下,光并不是在真空而是在介质中传播的,此时光传播的速度就不再是真空中的光速,而是和介质的折射率有关的一个小于真空光速的速度了。     

闵可夫斯基空间的全反射规律分析

通过对参考系速度与入射角关系的详细讨论,发现如果在折射率大的介质中加上激光（在相对介质静止的参考系中入射角小于临界角）,则存在一个速度（定义为全反射速度）,当参考系达到这一速度时,全反射现象发生。进一步研究表明,存在一个速度（定义为折射速度）,使得折射波能量最大。本文的结果为区分粒子速度或能量提供了一种新的途径。     

布儒斯特定律的理论解释

布儒斯特定律是重要的物理实验定律，主要表达光在介质分界面上的光强反射比以及光在介质中传播时有效折射率与介质折射率的关系。对其进行理论解释，为进一步理解和应用布儒斯特定律提供了重要的参考价值。     

关于古斯-汉申位移的探讨

上世纪四十年代,古斯(Goos)和汉申(Hanchen)两位物理学家发现,光速在两种界面上发生全反射时,反射点在相对于入射点在相位上有一突变,而反射光线相对于入射光线在空间上有一段距离。这一现象被称为:古斯-汉申位移(Goos-Hanchen shift)。另外,光束在两种界面上发生全反射时,入射波的能量不是在界面处立即反射的,而是穿透到另一介质一定深度后逐渐反射的,而且在此深度内能量流还沿界面切向传播了一个波长数量级的距离。人们把这样一种波称为隐失波。再次,掠入射时,光从光疏介质到光密介质时反射光有半波损失,而从光密介质到光疏介质时反射光无半波损失,在任何情况下透射光都没有半波损失。以上各种现象表明对于光量子仍有一些性质不为我们所掌握。     

消逝波和棱镜薄膜耦合器

文章讨论了平面波从光密介质向光疏介质传播时,当入射角θ_i>θ_c(临界角)时,出现全反射现象,推导了场的表达式,从而证明消逝场的存在。通过波分析,即在均匀介质中,任一波可表达成Aexp[-i(K·γ)]的平面波的线性叠加。由此得到的全反射场的表达式和从几何光学原理得到的场相比较,可以证明当光束受到全反射后,光束位置发生一个位移,这就是古斯——汉欣位移。在平板波导中,考虑了古斯——汉欣位移和相应时间的延滞,波分析和几何光学分析得到相同的本征模分析。棱镜薄膜耦合器是利用上述原理把激光束能量耦合到波导中,并讨论了棱镜薄膜耦合器的同步条件和耦合效率,讨论了我们研制此种耦合器的实验结果。     

平行光透过折射率线性变化介质的传播规律

从光的折射定律出发,研究平行光束在折射率呈横向线性变化的光学介质中的传播规律,给出了光的传播轨迹随着介质的长度、折射率的变化率的改变而呈现的汇聚、发散及成像情况.     

负折射率透镜的成像规律

针对在理解负折射率材料中光波的传播特性时相位的特殊性质,详细分析推证了由负折射率介质制成的透镜的成像特点及其规律,并与正折射率介质透镜的成像进行了比较。分析结果表明负折射率介质透镜与正折射率介质透镜的成像原理一致,但它们对光线的汇聚或发散作用是相反的。     

吸收介质中的费马原理和折射定律

通过定义复有效折射率,获得复光学路径长度,并利用费马原理研究了光在吸收介质界面的折射,获得光通过吸收介质界面时的折射定律。通过数值模拟计算可知：当入射角较大,且吸收介质的虚部较小时,传播的有效折射率可以用复折射率的实部代替计算;衰减的有效折射率随入射角的增大而变大,且虚部越大衰减的有效折射率也越大。     

利用等厚干涉方法测定液体折射率

根据光的等厚干涉原理，利用不同的实验装置(牛顿环仪装置和劈尖装置)，分别研究了不同薄膜介质下的等厚干涉现象；在此基础上，研究了不同介质下的等厚干涉条纹分布，进一步得出液体(酒精和水)折射率的测量方法.     

层状梯度折射率介质中光线的计算机模拟

本利用斯涅耳定理，采用计算机模拟的方式给出光在折射率层状梯度分布的介质中的传播路径。     

半波损失中几个问题的进一步讨论

对椭圆偏振光的反射光和线偏振光的全反射光的偏振性质进行了详细的讨论，提出当光从光来介质射入光疏介质时，在某些范围内的入射角的部分反射光也存在半波损失，用此结论进一步讨论了薄膜干涉问题．     

GRIN (Gradient Index)介质中的Maxwell方程组与光线光学

利用坡印廷矢量(Poynting vector)的方向就是光线轨迹曲线的切线方向,推出程函方程(Eikonal equation)的矢量式.经分析发现此式包含了光的粒子性与光的波动性因素,光线的传播规律还受介质折射率函数的制约.再由程函方程进一步推得光线方程,并给出了应用实例.     

电磁波在双轴左手介质中的异常反射和折射

讨论了电磁波在双轴左手介质中的传播和电磁波在普通介质与双轴左手介质界面上的反射和折射.当ε220,μ110,μ330(μ220,ε110,ε330)时,电极化波(磁极化波)在双轴左手介质中不能传播,而在其它情况,电磁波的入射角只有在满足一定条件时才能传播.当电磁波从普通介质入射到双轴左手介质的分界面上时,满足ω2ε22μ33k2sin2θ(ω2ε33μ22k2sin2θ)时,电极化波(磁极化波)将发生折射,论文还讨论了在两界面上电磁波发生全反射的条件,这些结果与普通介质与各向同性左手介质界面上的反射不同.     

半波损失产生条件的分析与讨论

从菲涅尔公式出发,分别讨论了垂直极化和平行极化时,光在两种介质分界面传播时的反射系数,定性地分析了半波损失产生的条件不仅与介质的折射率有关,还与入射角的大小有关。