29、反射、透射与偏振：电磁波的奇妙之旅

反射、透射与偏振：电磁波的奇妙之旅

1. 引言

在探讨电磁波的反射、透射和偏振现象之前，我们先了解一些基础概念。在无限均匀且无“自由电荷”的介质中，平面电磁波的相速度(c)满足公式(c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0\varepsilon_r\mu_0\mu_r}} = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_r\mu_r}} = \frac{c_0}{\sqrt{\varepsilon_r\mu_r}})，其中各符号有其常见含义。而在无自由电荷的介质中，光的速度(c)是真空中光速(c_0)与该介质折射率(n)的商，即(c \equiv \frac{c_0}{n})。

我们所考虑的大多数介质为抗磁或顺磁介质，例如光学玻璃，其相对磁导率(\mu_r \approx 1.00)，所以折射率(n \approx \sqrt{\varepsilon_r})。这意味着折射率在某种程度上与介质的“极化率”直接相关，相对介电常数就是这种性质的一种度量。外部电场越容易使原子周围的电子云偏离平衡位置，光在该介质中的传播速度就越慢。

对于原子排列规则特殊的物质，如方解石晶体，当电场相对于晶体有特定方向时，电子云更容易偏离平衡位置。这导致光在晶体中传播时，其传播速度会因晶体相对于光偏振方向的取向不同而有所差异。具有这种性质的方解石晶体被称为双折射晶体，双折射材料在现代光学中应用广泛。

此外，还有一些物质只能传输特定方向电场的光，可作为偏振滤光片，用于摄影、材料表征、观看3D电影和天文学等领域。

2. 电磁波垂直入射到界面

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