光电子 和 光子学原理 第一章 2014-03-6

光从一个更稠密介质n1和一个不太致密的介质N2之间的边界处的全内反射是伴随着在边界附近的介质2的渐逝波传播。

发现这一波的函数形式，并与距离的讨论如何将其因人而异进入介质2。

其具有的Y衰减为振幅。

注意，被忽略，因为它意味着光波在介质2的振幅，因此强度的增长。

这里考虑的行波的一部分，这是在z波矢，即，沿边界。

从而渐逝波在z 传播。

此外，这意味着该传输系数。

必须是这是一个实数，并且是相变所指示的复数。

注意，不，但是，改变传播沿z和沿y中的渗透的一般表现。

B 强度，反射率，透射率它是经常需要计算的反射波和透射波的强度或照度当光在指数n1的介质行进，入射在一个边界，在那里的折射率变化到n2。

在某些情况下，我们简单地在垂直入射那里是在折射率的变化感兴趣的..对于光波行进机智速度v与相对介电常数ε的介质时，光强度L是在电场振幅e作为定义的。

这里表示在每单位体积的场的能量。

当由速度v乘以它给在该能量通过一个单位面积传输的速率。

反射率R的措施，以使入射光和反射光的强度可以单独用于电场分量平行和垂直于入射面被定义。

虽然反射系数可以是复数，可以表示相位变化，反射率是一定表示强度变化的实数。

复数幅度限定在其产品而言，其复数共轭。

由于玻璃介质具有大约1.5的折射率，这意味着通常在空气- 玻璃表面上的入射辐射的4％被反射回透射吨涉及发射波到以类似的方式对反射入射波的强度。

我们必须，但是，考虑到透射波是在一个不同的媒介，也是其相对于边界方向与入射波的不同折射。

对于垂直入射时，入射光和透射光束是正常和透射率被定义.光的部分反射和透射部分必须经过叠加。

例：疏介质反射光的（内部反射）光的光线是行驶在折射率为n1的玻璃介质=1.45变为事件折射率n2=1.43的密度较小的玻璃介质。

假定光线的自由空间波长为1微米。

A 一个我应该为TIR最小入射角是什么？B 什么是当a =85，反射波的相位变化- 90？考虑光在法向入射上的折射率1.5与空气的折射率1的玻璃介质之间的边界处的反射。

A：如果光从旅行的玻璃，什么是反射系数和相对于入射光的反射光的强度？B：如果光从玻璃行进到空气中，什么是反射系数和相对于入射光的反射光的强度？C：什么是在一个以上的外部反射偏振角？你会怎么做一个宝丽来设备，基于偏振角偏振的光？如果我们从玻璃板上反射光，保持入射角在56.3（我们可以使用反射光将与电场分量垂直于入射面偏振。

的透射光将在该领域更大入射平面上，也就是说，这将是部分偏振光。

通过使用堆栈玻璃板1可以增加透射光的偏振（这种类型的桩的感光板的偏振片的是在1812年发明了多米尼克fjarago）当光入射在半导体的表面上，就变成部分地反射。

局部反射是在太阳能电池，其中透射光能量进入该半导体器件被转换成电能的重要考虑因素，Si的折射率约为3.5左右700-800 nm 的波长。

这意味着光的31％被反射而不能用于转换为电能;的显着降低太阳能电池的追求效率。

然而，我们可以涂上一层薄薄的介电材料的半导体器件的表面上。

具有中间折射率。

图1.14示出了如何在薄的介电涂层降低了反射光的强度。

在这种情况下，光在表面上第一事件和一些它变成反射，这反射波显示为图1.14。

波经历的反思180相位变化，因为这是一种外在反映。

射入和行进中的涂层的波便成为在涂层/半导体表面反射。

这一波，这是显示为b，如图1.14，还患有自N3> N2 有180相位变化。

当波B renvhes一个，它遭受穿过涂层的厚度d的两倍的总延迟。

的相位差相当于k，其中k为波矢在涂层中，并指的是在该涂层的波长。

以减少反射光，a和b必须连接的破坏性，这需要的相位差是或附加muitiples..是一个奇数的整数。

因此，涂层的厚度必须是在对波长的涂层和depends四分之一波长的整数倍。

取得波a和b之间的破坏性干扰的良好程度，这两个幅值必须是具有可比性。

空气和涂层之间的反射系数等于该涂层和半导体之间。

因此，氮化硅是一个不错的选择，因为在Si太阳能电池的抗反射涂层材料。

将波长为700nm的/（4 *1.9）=92.1nm或奇数倍的D。

例：电介质镜由一个堆叠交替作为示意性示出在图1.15的折射率的电介质层的。

其中n1是比N2小。

每一层的厚度为波长的四分之一，其中是光在该层中的波长，或者在其中是在该镜被从接口在长干涉和向主要反射产生所需波的自由空间波长光。

如果有多层的足够数量的反射率可以在波长接近角统一。

该图还示出了示意性的典型反射比的介电反射镜有许多层的波长特性。

在层1的光的反射系数r被反射在1-2边界为r，它是正数，表示数字，表示没有相位的变化。

在被反射在2-1边界层2的反射系数为光指示相改变。

因此，反射系数候补中符号通过mirror. 两个任意波，a和b，这是在两个连续的界面反射，因此两个波都已经出相因反射在不同的界限。

进一步，波B的行进附加距离的两倍达到一个波前，因而经历了一个等效相位的变化，那就是。

a和b之间的相位差在相位和接口建设性。

我们同样可以表明，声波b和C也长干涉等问题，使得从连续范围内的所有的反射波长干涉，若干层（取决于N1和N2）之后的透射强度将是小的并且反射光的强度将接近统一。

电介质镜被广泛用于现代的垂直腔表面发射半导体激光器。

电谐振器，如并联电感- 电容（LC）电路允许范围内围绕着这样一个LC电路的窄带宽只有电振荡的共振频率，从而存储在我们所知道的相同频率的能量，还可以作为过滤器在谐振频率，这是我们如何调整我们最喜爱的广播电台。

光学谐振频率（波长）。

当两个平面反射镜是完全对齐是在图1.16平行广告。

与两个反射镜M1和M2之间的引线光波反射到它们之间的自由空间，建设性的和破坏性的这些波的空腔之内。

波反射到左侧。

其结果是一系列允许静止的或站着的电磁波在所述腔，如图1.16（就像两个固定点之间伸展振动吉他弦的驻波）。

假设金属涂层必须为零，我们只能以半波长的整数m，进入型腔长度l。

每一个特定的允许的，标有满足方程，对于给定的米定义为在图1.16所示的腔模式。

时刻作为光频率v和波长之间的关系，这些模式中的相应的频率v分别是在腔的谐振频率。

其中v是对应于m= 1时，基本模式，并且也相邻的两个模式的频率间隔的最低频率。

它被称为自由光谱范围。

图1.16示出了示意性的允许模式作为频率的函数的强度。

如果没有从腔损失，镜子是完全反射，然后在频率峰值五世式定义将锋利的线条。

如果反射镜是完全反射，使得这个简单的光学腔与它的镜像，标准具，用于将“店”的辐射能量只在一定的频率，它被称为法布里- 珀罗光学谐振腔。

考虑一个任意波形，如方向行驶的权利，在如图1.16某些瞬间。

经过一个往返这一波将再次驶向正确的，但现在的广告浪潮b，它有一个相位差和幅度不同，由于不完美的反射。

如果反射镜M1和M2是相同的数量级为r的反射系数则b为k的一个往返的相位差和幅度，R ^ 2相对于一个。

当a和b的干扰，其结果是...当然，就像A，B将继续，并会反射两次，并经过一个往返，将被再次走向正确的，我们现在将有三波干扰等。

无限的往返反射后，由此产生的电场E是由于这种无限干扰。

一旦我们知道我们可以计算出强度腔领域，进一步我们可以使用反射来进一步简化表达。

代数运算后的最终结果是...因此，强度比K，或者等价地，强度与频率的频谱，峰值时，如图1.16。

这些山峰是位于该satify，这直接导致EQ和推导直观。

对于那些谐振的k值。

较小的镜反射率R是指从空腔，从而影响在腔体中的强度分布的示意说明图1.16更多的辐射损失。

法布里- 珀罗标准具的频谱宽度为全宽半高的个人模式的强度，如在图1.16中定义。

它可以在一个简单的方式，当R>0.6进行计算。

其中，f称为谐振器，它随着损失的损失减少的技巧。

大细度导致更清晰的模式峰。

技巧是模式分离，光谱宽度的收音机。

法布里- 珀罗光学腔被广泛用于激光，干涉滤光器，和光谱应用。

考虑的光束入射在Fabry-Perot 腔，如图1.17。

光学谐振腔是由部分透射和反射板形成的。

入射光束的一部分进入空腔。

我们知道，只有特殊的腔模被允许存在于腔内，从而导致发射光束。

输出光的光强度在所述腔的一部分，并且是成比例的当量。

商业干涉滤光器是基于这样的原则，除了他们通常使用串联的两个空腔串联由介质镜形成（一叠四分之一波长层）;的结构比图1.17比较复杂。

进一步，调节腔长为l提供了一个“调整功能”扫描不同的波长。

其中I = A ^2是原来的强度。

在腔体的强度是最大的I每当式中的分母。

是零，这相当于千升，其中m是一个整数。

上面的想法可以通过使用NK对于k可以容易地扩展到与介质的折射率n。

进一步，如果入射在TGE标准具面的角度是不正常的，那么我们就可以解决k以可沿腔轴，即使用KX代替k个在上面的讨论中。

而且，该模式的光谱宽度将对应于一个波长的光谱宽度。

模式波长对应于模式的频率，我们可以区分这句话来与小变化。

1.8 古斯- 汉欣位移和光隧道光行进在光学更稠密介质受到全内反射时，它是入射在密度较小的介质入射时大于如图1.10的临界角的角度。

简单的光线轨迹分析给人的印象是反射光线出现，从入射光线与界面如图1.10的接触点。

然而，仔细光学实验研究入射和反射光束已经表明，反射波出现横向从入射点偏移在界面如示于图1.18。

虽然发病率和反射的角度是相同的（作为一个期望菲涅耳方程），反射光束，然而，就是横向偏移被称为古斯- 撼神移。

反射光束的横向偏移可以通过考虑可以理解，反射光束经历相变，如图1.12。

并且，该电场由穿透深度延伸到第二介质。

我们知道，除0°或180°的其他的相变发生时，才会有全内反射.。

我们可以通过改变沿渐逝波，即沿Z，通过量，如图1.18的传播方向的反射波等效地表示成第二介质此相变和渗透。

横向偏移取决于发生率和穿透深度的角度。

从简单的几何考虑。

例如，对于入射的光85在玻璃- 玻璃界面和例1.6.2中。

发生全内反射时的光密介质，例如在波传播一个在图1.18是入射的角度大于在界面AB临界角用培养基B，如在图1.19中，我们将会看到，当b为足够薄的，减毒的光束出现的b的另一侧的角这种现象在入射波通过它禁止在简单的几何光学方面的媒体传输部分就是所谓的光被称为光隧道，它解释光的电磁波本质。

它是由于渐逝波的电场穿透到介质b和到达接口BC的事实。

介质C的介质的接近挫败TIR。

在c 中的发送波束进行一些光强度的，因此，反射光束的强度降低受抑全内反射是卓有成效地利用在束分离器，如图1.20光束肠内的玻璃棱镜一个挨在斜面上的TIR而成为反射;棱镜偏转光。

在图1.20，两个棱镜，a和c，使用由薄膜分隔，B低折射率时，一些光能量通过此薄膜现在隧道和传输到c和从立方体分束器立方体，FTIR在一个引线的斜边面至一个发射光束，因此在对两束入射光束分离。