电磁场与微波测量实验报告 学院：电子工程学院 班级： 组员： 撰写人： 实验一电磁波反射和折射实验 一、实验目的
1、熟悉S426型分光仪的使用方法 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 四、实验内容步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器，调整系统。 仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示 两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上， 并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个 角度后放下，即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻 线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属 板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻 度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读书就是入射角。 五、实验步骤 1、仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。指 示两喇叭位的指针应分别指示于工作平台的1800和刻度处。
2、将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位鞘和刻线对正支座，拉起平 台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，将支座压紧。 3、将反射金属板放在支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的900 和-900这对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 4、转动小平台，将固定臂指针调到300～650角度之间任意一位置，这时固定 臂指针所对应刻度盘上指示的刻度就是入射角的读数。 5、开启DH1121B型三厘米固态信号源。 6、转动活动臂，当表头显示出最大指示时，活动臂指针所对应刻度盘上指示 的刻度就是反射角的读数。如果此时表头指示太大或太小，应调整系统发射端 的可变衰减器，使表头指示接近满量程。 7、根据不同极化方式，连续选取几个入射角进行实验，并在表中记录反射角。 六、实验结果及分析 记录实验测得数据，验证电磁波的反射定律 表格分析： （1）、从总体上看，入射角与反射角相差较小，可以近似认为相等，验证了电磁波的反射定律。 （2）、由于仪器产生的系统误差无法避免，并且在测量的时候产生的随机误差，所以入射角不会完全等于反射角，由差值一栏可以看出在55度左右的误差最小。越向两边误差越大，说明测量仪器在55度的入射角能产生最好的特性。 2、观察介质板（玻璃板）上的反射和折射实验 将金属换做玻璃板，观察、测试电磁波在该介质板上的反射和折射现象，自行设计实验步骤和表格，计算反射系数和透射系数，验证透射系数和反射系数相加是否等于1 。 注：初始入射光强为100uA，角度单位为:° （1）、在开始测量时把最大值设为满量程即100uA. （2）、反射最大值与折射最大值之和要大于100uA，根据分析，应该是当两喇叭天线正对时，虽然接受天线的值是100uA，但是发射天线发射的电磁波没有全部到达接受天线，所以发射天线发射的电磁波应该大于100uA。实验结果总体上证实了反射系数与折射系数的和为1。
实验阿贝折射仪测介质折射率 折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。 阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。 【实验目的】 1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。 2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。 3.通过对葡萄糖溶液折射率的测定确定其浓度。 【实验仪器】 WAY阿贝折射仪、标准玻璃块一块，折射率液（溴代萘）一瓶，待测液（自来水，酒精，糖溶液）、滴管、脱脂棉及擦镜纸 【实验原理】 一、仪器描述 阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。 阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。 望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（自然光或白炽灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上
常见物质折射率表 常用物体折射率表 [绝对折射率]: 光从真空射入介质发生折射时，入射角i与折射角r的正弦之比n叫做介质的“绝对折射率”，简称“折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。 [公式]:n=sin i/sin r=c/v 由于光在真空中传播的速度最大，故其他媒质的折射率都大于1。同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率；在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。通常所说某物体的折射率数值多少（例如水为1.33，水晶为1.55，金刚石为2.42，玻璃按成分不同而为1.5～1.9），是指对钠黄光（波长5893×10^-10米）而言。 [相对折射率]:
光从介质1射入介质2发生折射时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比n21叫做介质2相对介质1的折射率，即“相对折射率”。因此，“绝对折射率”可以看作介质相对真空的折射率。它是表示在两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。 [公式]:n21=sinθ1/sinθ2=n2/n1=v1/v2 光学介质的一个基本参量。即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比 真空的折射率等于1，两种介质的折射率之比称为相对折射率。例如，第一介质的折射率为n1，第二介质的折射率为n2，则n21＝n2／n1称为第二介质对第一介质的相对折射率。某介质的折射率也是该介质对真空的相对折射率。于是折射定律可写成如下形式 . n1sinθi ＝n2sinθt两种介质进行比较时，折射率较大的称光密介质，折射率较小的称光疏介质。 折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论,εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。手册中提供的折射率数据是对某一特定波长而言的（通常是对钠黄光，波长为5893埃）。气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760毫米汞高时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。
实验一：电磁波反射和折射实验
电磁场与微波测量第一次实验 ——电磁场与微波测量实验 2017-3-11 院系：电子工程学院 班级：2014211201 组号：7组 组员：梁嘉琪（报告）李婉婷 学号：2014210819 2014210820
实验一：电磁波反射和折射实验 一、实验目的 1、熟悉S426型分光仪的使用方法。 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法。 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法。 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 验证均匀平面波在无耗媒质中的传播特性；均匀平面波垂直入射理想电解质表面的传播特性。 四、实验内容与步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器，调整系统。 仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，他们各自的轴线应在一条直线上。指示两喇叭的位置
的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座（与支座上刻线对齐）拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度放下，即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座线面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90刻度的一对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度的读数就是入射角，然后转动活动臂在电流表上找到最大指示处，此时活动臂的指针所指的刻度就是反射角。如果此时表头指示太呆或太小，应调整衰减器、固态振荡器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。 4、注意： 做此项实验，入射角最好取30至65度之间。因为入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。注意系统的调整和周围环境的影响。
[绝对折射率]: 光从真空射入介质发生折射时，入射角i与折射角r的正弦之比n叫做介质的“绝对折射率”，简称“折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。 [公式]:n=sin i/sin r=c/v 由于光在真空中传播的速度最大，故其他媒质的折射率都大于1。同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率；在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。通常所说某物体的折射率数值多少（例如水为1.33，水晶为1.55，金刚石为2.42，玻璃按成分不同而为1.5～1.9），是指对钠黄光（波长5893×10^-10米）而言。 [相对折射率]: 光从介质1射入介质2发生折射时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比n21叫做介质2相对介质1的折射率，即“相对折射率”。因此，“绝对折射率”可以看作介质相对真空的折射率。它是表示在两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。 [公式]:n21=sinθ1/sinθ2=n2/n1=v1/v2 光学介质的一个基本参量。即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比 真空的折射率等于1，两种介质的折射率之比称为相对折射率。例如，第一介质的折射率为n1，第二介质的折射率为n2，则n21＝n2／n1称为第二介质对第一介质的相对折射率。某介质的折射率也是该介质对真空的相对折射率。于是折射定律可写成如下形式. n1sinθi＝n2sinθt两种介质进行比较时，折射率较大的称光密介质，折射率较小的称光疏介质。 折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论,εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。手册中提供的折射率数据是对某一特定波长而言的（通常是对钠黄光，波长为5893埃）。气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760毫米汞高时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。 介质的折射率通常由实验测定，有多种测量方法。对固体介质，常用最小偏向角法或自准直法；液体介质常用临界角法（阿贝折射仪）；气体介质则用精密度更高的干涉法（瑞利干涉仪）。 常用物体折射率表 空气 1.0003 玻璃，锌冠 1.517 氯化钠（盐）2 1.644 液体二氧化碳 1.200 玻璃，冠 1.520 重火石玻璃 1.650 冰 1.309 氯化钠 1.530 二碘甲烷 1.740 水(20度) 1.333 氯化钠（盐）1 1.544 红宝石 1.770 丙酮 1.360 聚苯乙烯 1.550 兰宝石 1.770 普通酒精 1.360 石英 2 1.553 特重火石玻璃 1.890 30% 的糖溶液 1.380 翡翠 1.570 水晶 2.000 酒精 1.329 轻火石玻璃 1.575 钻石 2.417 面粉 1.434 天青石 1.610 氧化铬 2.705 溶化的石英 1.460 黄晶 1.610 氧化铜 2.705 Calspar2 1.486 二硫化碳 1.630 非晶硒 2.920 80% 的糖溶液 1.490 石英 1 1.644 碘晶体 3.340 玻璃 1.500 常用晶体及光学玻璃折射率表 物质名称分子式或符号折射率重冕玻璃ZK6 1.61263 熔凝石英SiO2 1.45843 重冕玻璃ZK8 1.61400 氯化钠NaCl 1.54427 钡冕玻璃BaK2 1.53988
阿贝折射仪测介质折射率 折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3 ×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。 阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。 【实验目的】 1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。 2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。 3.通过对糖溶液折射率的测定确定其锤度。 【实验仪器】 WAY阿贝折射仪、待测液（蒸馏水，无水乙醇，糖溶液）、滴管、脱脂棉 【实验原理】 一、仪器描述 阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。 阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。 望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（太阳光或日光灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上产生漫反射，使被测液层内有各种不同角度的入射光，经折射棱镜2产生一束折射角均大于出射角度i的光线。由摆动反射镜3将此束光线射入消色散棱镜组4，此消色散棱镜组是由一对等色散阿米西棱镜组成，其作用是可获得一可变色散来抵消由于折射棱镜对不同被测物体所产生的色散。再由望远镜5将此明暗分界线成像于分划板 7上，分划板上有十字分划线，通过目镜8能看到如图2上部分所示的象。 读数系统。光线经聚光镜12照明刻度板11（刻度板与摆动反射镜3连成一体 ．．．．同时绕刻度中心作回转运动）。通过反射镜10，读数物镜9，平行棱镜6将刻度板上不同部位折射率示值成象于分划板7上(见图2)
折射率 光在真空中的速度与光在该材料中的速度之比率。材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。折射率越高，镜片越薄，即镜片中心厚度相同，相同度数同种材料，折射率高的比折射率低的镜片边缘更薄。折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论，εr 和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。光由相对光密介质射向相对光疏介质。且入射角大于临界角。即可发生全反射 折射率 光从真空射入介质发生折射时，入射角γ的正弦值与折射角β正弦值的比值（sinγ/sinβ)叫做介质的“绝对折射率”，简称“折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。公式 折射率与波长的关系 同一单色光在不同介质中传播，频率不变而波长不同。以λ表示光在真空中的波长，n表示介质的折射率，则光在介质中的波长λ'为 λ'=λ/n 绝对折射 n=sinr/sinβ 设光在某种媒质中的速度为v，由于真空中的光速为c，所以这种媒质的绝对折射率公式：n=c/v 在可见光范围内，由于光在真空中传播的速度最大，故其它媒质的折射率都大于1。 电磁波在等离子体中相速度可以远大于C，所以等离子体折射率小于1。 同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率；在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。 通常所说某物体的折射率数值多少（例如水为1.33，水晶为1.55，金刚石为2.42，玻璃按成分不同而为1.5～1.9），是指对钠黄光（波长5893×10^-10米）而言。 相对折射 光从介质1射入介质2发生折射时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比n21叫做介质2相对介质1的折射率，即“相对折射率”。因此，“绝对折射率”可以看作介质相对真空的折射率。它是表示在两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。 相对折射率公式：n21=sinθ1/sinθ2=n2/n1=v1/v2 临界角测量法 光学介质的一个基本参量。即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比 真空的折射率等于1，两种介质的折射率之比称为相对折射率。例如，第一介质的折射率为
第四章光的折射 第1节光的折射定律 1．光从一种介质射到它与另一种介质的____________时，一部分或全部光会返回到原介质的现象，叫反射现象．发生反射现象时，反射光线与入射光线、法线在________________内，反射光线与入射光线分别位于法线的________；反射角________入射角．这就是光的________________． 2．光从一种介质射到它与另一种介质的____________时，一部分光进入另一种介质的现象，叫折射现象．发生折射现象时，折射光线与入射光线、法线处在________________内，折射光线与入射光线分别位于________的两侧；入射角i的正弦与折射角r的正弦成正比，即________．3．光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的________与折射角的________之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示． 4．关于光的折射现象，说法正确的是() A．光的传播方向发生改变的现象叫光的折射 B．折射定律是托勒密发现的 C．人观察盛水容器的底部，发现水变浅了 D．若光从空气射入液体中，它的传播速度一定增大 5．若某一介质的折射率较大，那么() A．光由空气射入该介质时折射角较大 B．光由空气射入该介质时折射角较小 C．光在该介质中的速度较大 D．光在该介质中的速度较小 6．如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质() A．折射角越大，表示这种介质对光线的偏折作用越大 B．折射角越大，表示这种介质对光线的偏折作用越小 C．折射角越小，表示这种介质对光线的偏折作用越大 D．折射角越小，表示这种介质对光线的偏折作用越小 概念规律练 知识点一折射现象的定性分析 1．假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比() A．将提前 B．将延后 C．某些区域将提前，在另一些地区将延后 D．不变 2．一个人站在湖边，观察离岸一段距离的水下的一条鱼，这个人看到的鱼的位置和鱼在水下真实的位置相比较，下列说法中正确的是() A．在鱼真实位置的正下方某处 B．在鱼真实位置上方的某处 C．在鱼真实位置下方偏向观察者的某处 D．所给条件不足，无法确定观察到的鱼的位置 知识点二对折射率的理解 3．关于折射率，下列说法正确的是()多选 A．根据sin i sin r＝n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B．根据sin i sin r＝n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C．根据n＝c v可知，介质的折射率与介质中的光速成反比
电磁波反射和折射的研究 实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射； 2.研究电磁波在良介质表面的反射和折射； 3.研究电磁波全反射和全折射的条件。 ■*■. 实验原理： 1 .电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射 如图1所示，平行极化的均匀平面波以角度入射到良介质表面时，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为 i 图1.平行极化波的斜入射示意图 入射波： jk1(xsin zcos ) E E m (3x cos a z sin )e E m jk i(xsin a y —e zcos ) 反射波: R〃E —( a x cos jk i(xsin zcos ) a z sin )e 折射波: R//E— a y --------------- e jk i (xsin zcos ) E t T〃E—(a x cos a z sin jk2(xs in )e zcos ) H t z cos ) jk2 (xsin e
1 cos 2 cos 1 cos 2 cos 类似地，可求出垂直极化波的反射系数和折射系数: 2 cos 1 cos 2 cos 1 cos 2 2 cos 2 cos 1 cos 2.全折射发生的条件： 全折射也即没有反射波，发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。 (1) 对平行极化情形，令R 〃 0，可得全折射时的入射角： 该入射角称为布儒斯特角。可以证明，此时的折射角 90 P 。可见，若电磁波以角 度P 入射到厚度为d 的介质板表面，则 i I ~~ sin cos P \ 1 2 这正是电磁波由 2到1的全折射条件。因此， 当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧 入射时，在介质板的另一侧可接收到全部信号。如图 2所示。 对垂直极化波，类似的推导结果表明，其不会发生全折射现象。 式中， 1 k i 11 , k 2 利用分界面上(z = 0 )电场和磁场切向分量连续的边界条件，可得斯耐尔反射定律: 和斯耐尔折射定律: sin sin 并计算出平行极化波的反射系数 R /和折射系数T / : R // 1 cos 2 cos T // 2 2 cos sin tan k 1 k 2 1 2 0时 1 1 1 ■ 2
电磁波反射和折射的研究 一． 实验目的 1． 研究电磁波在良导体表面的反射； 2． 研究电磁波在良介质表面的反射和折射； 3． 研究电磁波全反射和全折射的条件。 二． 实验原理： 1．电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射 如图1所示， 平行极化的均匀平面波以角度θ 入射到良介质表面时，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为 图1. 平行极化波的斜入射示意图 入射波： ) cos sin (m 1)sin cos (θθθθz x jk z x e E +-+ +-=a a E )cos sin (1 m 1θθηz x jk y e E +-++ =a H 反射波： ) cos sin (m //1)sin cos (θθθθ'-'-+ -'-'-=z x jk z x e E R a a E )cos sin (1 m //1θθη'-'-+ - =z x jk y e E R a H 折射波： ) cos sin (m //t 2)sin cos (θθθθ''+''-+ ''-''=z x jk z x e E T a a E )cos sin (2 m //t 2θθη''+''-+=z x jk y e E T a H E + E t ⊙ ⊙ ⊙ E - θ '' θ ' θ z x H + H - H t
式中， 2221112 2 2111 , , ,εμωεμωεμηεμη==== k k 利用分界面上（z = 0）电场和磁场切向分量连续的边界条件，可得斯耐尔反射定律： θθ'= 和斯耐尔折射定律： 2 1 2 21 12 1 021sin sin εεεμεμθθμμμ时=== = =''k k 并计算出平行极化波的反射系数R //和折射系数T //： θηθηθηθη' '+' '-= cos cos cos cos 2121//R θηθηθ η' '+= cos cos cos 2212//T 类似地，可求出垂直极化波的反射系数和折射系数： θηθηθηθη' '+' '-= ⊥cos cos cos cos 1212R θηθηθ η' '+=⊥cos cos cos 2122T 2．全折射发生的条件： 全折射也即没有反射波，发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。 （1） 对平行极化情形，令0//=R ，可得全折射时的入射角： 1 2 1 2 121 P tan sin εεεεεθθ--=+== 该入射角称为布儒斯特角。可以证明，此时的折射角P 90θθ-?=''。可见，若电磁波以角度θP 入射到厚度为d 的介质板表面，则 2 11P cos sin εεεθθ+= ='' 这正是电磁波由ε2到ε1的全折射条件。因此，当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧入射时，在介质板的另一侧可接收到全部信号。如图2所示。 对垂直极化波，类似的推导结果表明，其不会发生全折射现象。
光在两介质中传播速率的比值称为折射率. 一般分为相对折射率和绝对折射率. 假若平面电磁波入射到两种均匀的各向同性介质的界面上，从第一种介质入射到界面的波将分成两个波，一股透入第二种介质，方向发生改变，称为折射波. 第二股反射回第一种介质，称为反射波.光波从第一种介质透入第二种介质后方向发生改变的现象称为光的折射. 如图所示，θi ，θt 分别称为入射角和折射角. 以v 1、v 2分别表示光在介质1和2中的速率. 入射线、折射线和界面的法线位于同一平面上，并且有1221sin sin n v v t i ==θθ，这就是折射定律.n 12是与入射角θi 无关的常数，它的值与光的频率有关. n 12称为由介质1向介质2折射的相对折射率。绝对折射率表示光从真空(或空气)中射入某种媒质时发生偏折程度的数值。常用n 表示。绝对折射率数值等于入射角正弦值与折射角正弦值的比值。或等于真空中的光速与在媒质中的传播速度的比值. 若以n1和n2分别表示介质1和2的绝对折射率，那么折射定律可写为12sin sin n n t i =θθ. 折射定律是1621年Snell 首先从实验上建立起来的，所以也称为Snell 定律. 折射率n 与介电常数ε及磁导率μ之间的关系由Maxwell 公式εμ=n 给出.n 与光频率ω的关系称光的色散关系. 对于电导率σ不为零的介质，其折射率应由复折射率n c ＝n-ik 表示，这里n 就是我们前面说的透明介质中的折射率.而k 称为消光系数，它与吸收系数α的关系为α=2ωk/c ，这里c 是真空中的光速.这时n 和k 与介质的σ和ε等的关系可表示为
?? ????????-??????????? ??+=??????????+??????????? ??+=14121141212/1222/122ωεπσεωεπσεk n 当光在各向异性的晶体材料中传播时，由于介电常数ε为一个二级张量，由 Fresnel 方程知，对某一给定的波法矢，允许有两个独立的平面波在各向异性介质中传播，这两个波有不同的折射率，不同的相速度和不同的偏振态，而且两个偏振方向互相垂直，这就是双折射现象. 光在各向异性介质中的折射率，可用折射率椭球来形象地描述. 为了更好的理解折射率，我们需要从微观的角度了解折射率的本质。折射率是光在介质中的传播特性，光的本质是电磁波，在光入射时，电磁场引起材料电荷以相同的频率震动，震动的电荷则辐射出相同频率的电磁波，但和入射的电磁波有一定的相位差。因此，光波是入射的电磁波和电荷辐射的电磁波叠加的宏观现象。 根据辐射的电磁波和入射电磁波的相对相位，有以下几种情况： 1.相位差为90°，减缓光波在媒介中的传播，通常和大于1的折射率相关。 2.相位差为270°，加快光波在媒介中的传播，通常和小于1的折射率相关，在金属和等离子体中可以观察到。 3.相位差为180°，严重干扰入射光、减低光强，通常和折射率的虚部有关，表现为吸收。 4.相位差为0°，增强入射光，通常和折射率的虚部有关，表现为与吸收相反。 对于多数材料，其相位差在90°- 180°之间，常需要用折射率和吸收同时表示材料的特性。
折射率与介电常数之间的关系 1 可见光和金属间的相互作用 可见光入射金属时，其能是可被金属表层吸收，而激发自由电子，使之具有较高的能态。当电子由高能态回到较低能态时，发射光子。金属是不透光的，故吸收现象只发生在金属的厚约 100nm 的表层内，也即金属片在 100nm 以下时，才是“ 透明” 的。只有短波长的X －射线和γ －射线等能穿过一定厚度的金属。所以，金属和可见光间的作用主要是反射，从而产生金属的光泽。 2 可见光和非金属间的作用 1) 折射 当光线以一定角度入射透光材料时，发生弯折的现象就是折射 （ Refraction ），折射指数n 的定义是： 光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。光在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。 如果光从材料 1 ，通过界面进入材料 2 时，与界面法向所形成的入射角、折射角与材料的折射率、有下述关系：
介质的折射率是永远大于 1 的正数。如空气的 n=1.0003 ，固体氧化物 n=1.3 ～ 2.7 ，硅酸盐玻璃 n=1.5 ～ 1.9 。不同组成、不同结构的介质，其折射率不同。 影响 n 值的因素有下列四方面： a) 构成材料元素的离子半径 根据 Maxwell 电磁波理论，光在介质中的传播速度应为： μ 为介质的导磁率， c 为真空中的光速，ε 为介质的介电常数，由此可得： 在无机材料这样的电介质中，μ ＝ 1 ，故有 说明介质的折射率随其介电常数的增大而增大。而介电常数则与介质极化有关。由于电磁辐射和原子的电子体系的相互作用，光波被减速了。
当离子半径增大时，其介电常数也增大，因而 n 也随之增大。因此，可以用大离子得到高折射率的材料，如 PbS 的 n=3.912 ，用小离子得到低折射率的材料，如 SiCl 4 的 n=1.412 。 b) 材料的结构、晶型和非晶态 折射率还和离子的排列密切相关，各向同性的材料，如非晶态（无定型体）和立方晶体时，只有一个折射率 (n 0 ) 。而光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别有两条折射光线，构成所谓的双折射。这两条折射光线，平行于入射面的光线的折射率，称为常光折射率 (n 0 ) ，不论入射光的入射角如何变化，它始终为一常数，服从折射定律。另一条垂直于入射面的光线所构成的折射率，随入射光的方向而变化，称为非常光折射率 (n e ) ，它不遵守折射定律。当光沿晶体光轴方向入射时，只有 n 0 存在，与光轴方向垂直入射时， n e 达最大值，此值为材料的特性。 规律：沿着晶体密堆积程度较大的方向 n e 较大。 c) 材料所受的内应力 有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的 n 大，平行于受拉主应力方向的 n 小（提问：为什么？）。 规律：材料中粒子越致密，折射率越大。 d) 同质异构体
电磁场与微波测量第一次实验 ——电磁场与微波测量实验 2017-3-11 院系：电子工程学院 班级：2014211201 组号：7组 组员：梁嘉琪（报告）李婉婷 学号：2014210819 2014210820
实验一：电磁波反射和折射实验 一、实验目的 1、熟悉S426型分光仪的使用方法。 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法。 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法。 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。验证均匀平面波在无耗媒质中的传播特性；均匀平面波垂直入射理想电解质表面的传播特性。 四、实验内容与步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器，调整系统。 仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，他们各自的轴线应在一条直线上。指示两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座（与支座上刻线对齐）拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度放下，即可
压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座线面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90刻度的一对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度的读数就是入射角，然后转动活动臂在电流表上找到最大指示处，此时活动臂的指针所指的刻度就是反射角。如果此时表头指示太呆或太小，应调整衰减器、固态振荡器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。 4、注意： 做此项实验，入射角最好取30至65度之间。因为入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。注意系统的调整和周围环境的影响。 五、实验数据与处理： 1. 金属板实验： 结论：入射角越大，入射角和反射角绝对差值越小。接受信号越强，受影响越小。 2. 观察介质板（玻璃板）上的反射和折射实验： 实验数据及处理如下表： 总电流（56μA）
第6章 平面电磁波的反射与折射 6.1/6.1-1 电场强度振幅为0i E =0.1V/m 的平面波由空气垂直入射于理想导体平面。试求：(a)入射波的电、磁能密度最大值；(b)空气中的电、磁场强度最大值；(c)空气中的电、磁能密度最大值。 [解] (a)3 14 /10 427.4m J w eM ?×=3 1410427.4m J w mM ?×=(b)m V E /2.01=m A H /103.541?×=(c) 3 13/107708.1m J w eM ?×=3 13/107708.1m J w mM ?×=6.2/6.1-2 均匀平面从空气垂直入射于一介质墙上。在此墙前方测得的电场振幅分布 如题图6-1所示，求： (a)介质墙的)1(=r r με；(b)电磁波频率f 。[解](a) 9 =r ε(b) MHz Hz f 75105.77=×=6.3/6.1-3 平面波从空气向理想介质（r μ=1，σ=0）垂直入射，在分界面上0E =16V/m ， 0H =0.1061A/m 。试求： (a)理想介质（媒质2）的r ε；(b)i E ，i H ，r E ，r H ，t E ，t H ；(c)空气中的驻波比S 。 [解](a)25 .6=r ε(b) ()0010,/2811εμω===??k m V e e E E z jk z jk i i ()m A e e E H z jk z jk i i /0743.0377 28110??=== η
() ()() m A e e H H k k k m V e e E E m A e e E H m V e e RE E z jk z jk t t r z jk z jk t t z jk z jk r r z jk z jk i r /1061.05.2,/16/0318.0377 12) /(1222221111011222000????+==========?==εεμωη(c) 5 .2429 .01429 .0111=?+= ?+= R R S 6.4/6.1-4 当均匀平面波由空气向理想介质（1=r μ，σ=0）垂直入射时，有96%的入射功率输入此介质，试求介质的相对介电常数r ε。 [解]25 .2=r ε6.5/6.1-5频率为30MHz 的平面波从空气向海水（r ε=81，1=r μ，σ=4/S/m ）垂直入射。在该频率上 海水可视为良导体。已知入射波电场强度为10mV/m ，试求以下各点的电场强度：(a)空气与海水分界面处；(b)空气中离海面2.5m 处；(c)海水中离海面2.5m 处。[解](a) () m V TE E E i t /1003.4102.440403.02.4442000ο ο∠??×=×∠===(b)()() () m mV j E j z k E j e e E e E E i i z jk z jk i z jk z jk i /202sin 2Re 010*******==?=?≈+=∴??(c ） ο 2 .445.28.215.28.214021003.422j j z j z t e e e e e E E ×?×????×==βα()() m V /)4.198(1064.82.446.312210143.21003.428244οοο?∠×=+?∠×××=???6.6/6.1-6 10GHz 平面波透过一层玻璃（r ε=9，1=r μ）自室外垂直射入室内，玻璃的厚度为4mm ，室外入射波场强为2V/m ，求室内的场强。[解] ()951.0309.0465.0816212144288 144 3j e e e E j j j i +?=×?×= ???ο ο ο ()()m V /6.12957.14 .148.31446ο ο ο?∠=∠?∠=()()m A E H i i /6.1291016.4377 6.1295 7.13033?∠×=?∠== ?η
目录 摘要 (1) 关键词 (1) A b s t r a c t (1) Ke y w o r d s (1) 引言（或绪论） (1) 1理论基础 (2) 1.1均匀平面波 (2) 1.2对导电媒质分界面的垂直入射 (2) 1.3全反射与全透射 (3) 2 均匀平面波对理想介质分界面的斜入射 (4) 2.1垂直极化波 (4) 2.2平行极化波 (6) 3 均匀平面波对理想导体分界面的斜入射 (4) 3.1垂直极化波 (9) 3.2平行极化波 (9) 参考文献 (10)
电磁波在不同分界面的反射与透射的简单分析 摘要：由于不同媒质其媒质参数不同, 电磁波入射到媒质分界面时会产生反射和透射现象。通过对电磁波在分界面上反射和透射的理论分析, 讨论反射波、透射波振幅、方向随入射角的变化。 关键词：边界条件; 反射系数; 平行极化;全反射 Reflection and transmission characteristics of electromagnetic waves on interface of different mediums Student majoring in elecnomic information engineering Jing Xinping Tutor Jinhua Ouyang Abstract：Due to the different parameters with different mediums, electromagnetic waves incidencing on the interface between mediums will produce the phenomenon of reflection and transmission. This paper discusses amplitude, direction character istics of reflected wave and transmission wave versus the angle of incidence through analyzing the formula. Key words:boundary condition; reflection coefficient;parallel polarization; all reflection
本科毕业论文(设计) 题目利用椭偏法对介质膜厚度和折 射率的测量研究 利用椭偏法对介质膜厚度和折射率的测量研究 摘要：本文介绍了一种利用光学偏振多光束干涉原理测量介质膜厚度及折射率的方法。利用椭圆偏振仪对介质膜厚度和折射率的测量，并通过椭圆偏振仪数据分析软件处理得出介质膜的厚度和折射率。该方法具有方便快速、精度高，且对样品无损伤等优点。 关键词：椭圆偏振仪；介质膜；厚度；折射率。 Abstract:This article describes the use of optical polarization of a multi-beam interference principle dielectric film thickness measurement method and the refractive index. Ellipsometer use
of dielectric film thickness and refractive index measurement, and Ellipsometer data analysis software derived dielectric film thickness and refractive index. The method is convenient and fast, high precision and no damage to the samples and so on. Key words ：Elliptical polarization meter, medium membrane, thickness, refractive index 一、引言 在近代科学技术的许多部门中对各种薄膜的研究和应用日益广泛，因此更精确和迅速地测定薄膜的某些光学参数已变得更加迫切和重要。在实际工作测量中利用椭圆偏振法测介质膜的厚度和折射率具有独特的优点，这种方法用来测介质膜的折射率和厚度精度较高，并且是非破坏性测量，它能够同时测定膜的厚度和折射率，比较灵敏，因而目前椭圆偏振法测量已在光学、半导体、生物、医学等诸方面得到较为广泛的应用。 二、测量原理 将一束自然光通过起偏器后变成线偏振光，再经1/4波片后，使它变成椭圆偏振光照射在待测的介质膜面上。当光束反射时，光的偏振状态将发生变化，通过检测这种变化，便可以推算出待测膜的厚度和折射率。 图1所示为一光学均匀和各向同性的单层介质膜。它有两个平行的界面。通常，上部是折射率为1n 的空气（或真空）。中间是一层厚度为d ，折射率为2n 的介质薄膜，均匀地附在折射率为3n 的衬底上。当一束光射到膜面上时，在界面1和界面2上形成多次反射和折射，并且各反射光和折射光分别产生多光束干涉，其干涉结果反应了介质膜的光学特性。
信息与通信工程学院实验报告 （操作性实验） 课程名称：电磁场与电磁波 实验题目：验证电磁波的反射和折射定律 一、实验目的和任务 验证电磁波在媒质中传播遵循反射定理及折射定律。 1、研究电磁波在良好导体表面上的全反射。 2、研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射。 3、研究电磁波全反射和全折射的条件。 二、实验仪器及器件 三、实验内容及原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的玻璃板作为障碍
物来研究当电磁波以某一入射角投射到此玻璃板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 电磁波斜投射到不同介质分布面上的反射和折射，为讨论和分析问题简便，下面所提到的电磁波均指均匀平面电磁波，如图 1 所示。在煤质分布面上有一平行极化波，以入射角斜投射时，入射波、反射波和折射波的电磁场可用下列公式表示： 入射波场 222(xcos xsin )20221(sin cos )e j x z E E a a βθθθθ--+=+ 111(xcos xsin )01 11 j y E H e a βθθη--+= 折射波场 222(xcos xsin )20221(sin cos )e j x z E E a a βθθθθ--+=+ 222(xcos xsin )02 22 j y E H e a βθθη--+= 以上各式中1η、2η分别表示波在两种媒质中的波阻抗。由边界条件可知，在分界面上x = 0 处，有* 1212,t t t t E E H H ==。同时，三种波在分界面处必须以同一速度向Z 方向传播，即它 们的波因子必须相等，则有： *1111sin sin βθβθ= 1122 s i n s i n βθβθ= 由此得：12θθ= 上式表明，媒质分界面上反射角等于入射角，即反射定律。由式得 222111111sin sin sin v v βθθθθθβ= === 上式即折射定律或施耐尔定律。