文档介绍：平面电磁波的极化反射和折射
平面电磁波的极化形式
1. 线极化
设Ey和Ez同相，即φ1=φ2=φ。为了讨论方便，在空间任取一固定点x=0，则为
合成电磁波的电场强度矢量的模为
合成电磁波的、幅度不相等的两个行波之和，电磁场沿z方向的分布为行驻波。它们的相移常数、 相速和相应的波长为
均匀平面电磁波向理想导体的斜入射
垂直极化的反射系数和透射系数：
平行极化的反射系数和透射系数：
由此可见，同垂直入射时一样，斜入射电磁波也不能透入理想导体。
(6-108a)
1. 垂直极化
将式(6-108a)代入式(6-107)，便得经区域2的理想导体表面反射后媒质1(z<0)中的合成电磁波：
(6-109)
媒质1中的合成电磁波具有下列性质：
(1) 合成电磁波是沿x方向传播的TE波，相速为
(2) 合成电磁波的振幅与z有关，所以为非均匀平面电磁波，即合成电磁波沿z方向的分布是驻波。电场强度的波节点位置离分界面(z=0)的距离，
(3) 坡印廷矢量有两个分量。由式(6-109)可见，坡印廷矢量有x、z两个分量，它们的时间平均值为
2. 平行极化
若Ei平行入射面斜入射到理想导体表面，类似于上面垂直极化的分析，我们获知媒质1中的合成电磁波是沿x方向传播的TM波，垂直理想导体表面的z方向合成电磁波仍然是驻波。
例 6-12 如果定义功率反射系数、功率透射系数为
证明：
Γp+Tp=1
即在垂直分界面的方向，入射波、反射波、透射波的平均功率密度满足能量守恒关系。
解： 不论Ei垂直入射面还是平行入射面，均有
将以上三式代入功率反射系数和功率透射系数的定义，并且考虑到
有
和
均匀平面电磁波的全透射和全反射
图 6-18 斜入射的功率反射系数与透射系数
全透射
解上式得
此角度称为布儒斯特角(Brewster Angle)，记为θB。由式(6-106a)知，此时
从而
对于垂直极化的斜入射，其反射系数公式(6-99a)表明，Γ⊥=0发生于
综上可见，对于非磁性媒质，产生全透射的条件是：① 均匀平面电磁波平行极化斜入射； ② 入射角等于布儒斯特角，即θi=θB。所以，任意极化的电磁波以布儒斯特角斜入射到两非磁性媒质的分界面时，入射波中Ei平行于入射面的部分将全部透入媒质2，仅垂直入射面的另一部分入射波被分界面反射， 故反射波是Ei垂直入射面的线极化波。显然，如果圆极化波以布儒斯特角斜入射时，其反射波和透射波均为线极化波。光学中通常利用这种原理来实现极化滤波。
全反射
均匀平面电磁波斜入射时的反射系数、透射系数不仅与媒质特性有关， 而且依赖于入射波的极化形式和入射角。在一定条件下会产生全反射现象。当反射系数的模|Γ|=1时，功率反射系数Γp=|Γ|2=1，此时垂直于分界面的平均功率全部被反射回媒质1，这种现象称为全反射。
对于非磁性媒质，
综上可见，对于非磁性媒质，斜入射的均匀平面电磁波产生全反射的条件是：① 入射波自媒质1向媒质2斜入射，且ε2<ε1； ② 入射角等于或大于临界角，即θc≤θi≤90°。
当θi=θc时，由折射定律
知，θt=π／2; 当θi>θc时，由折射定律知，
显然不存在θt的实数解。此时有
为虚数。令cosθt=-jα，则发生全反射时的反射系数与透射系数公式可重写为
发生全反射后，媒质2中的透射波电场强度为
表面波的相速为
图 6-19 全反射时的透射波等相位面及等振幅面
因全反射条件下，θc≤θi≤90°，故
发生全反射时，媒质2中透射波的平均功率流密度(坡印廷矢量的时间平均值)为
可见，媒质2中沿分界面法向z透射波的平均功率流密度为零，即无实功率传输；沿分界面方向x透射波的平均功率流密度为
媒质2中的透射波随z按指数衰减，但是与欧姆损耗引起的衰减不同，沿z方向没有能量损耗。
例 6-13 °的入射角从εr=、μr=1的媒质斜入射到空气中，求空气界面上的电场强度与距离空气界面一个波长处的电场强度之比。
解：
例 6-14 图6-20表示光纤(Optical Fiber)的剖面，其中光纤芯线的折射率为n1，包层的折射率为n2，且n1>n2。这里采用平面波的反、折射理论来分析光纤传输光通信信号的基本原理。设光束从折射率为n0的媒质斜入射进入光纤，若在芯线与包层的分界面上发生全反射，则可使光束按图6-20所示的方式沿光纤轴向传播。现给定n1和n2，试确定能在光纤中产生全反射的进入角φ。
图 6-20 光纤示