30、斜入射波、反射、透射与偏振的深入解析

斜入射波、反射、透射与偏振的深入解析

1. 光纤中的波传播

在光纤中，内芯与外层玻璃之间的折射率差异约为 1%，这使得临界角非常接近 90°。这就意味着，只有几乎平行于光纤轴传播的光才能在内芯与外层玻璃的界面处发生反射。为了使传输到光纤中的脉冲在中继前保持形状，波尽可能平行于光纤轴是很重要的。

光纤可分为单模光纤和多模光纤：
- 单模光纤 ：许多单模光纤的内玻璃芯直径仅为波长的几倍。对于单模光纤，用全反射来解释光纤内的波形是不准确的，而应直接使用麦克斯韦方程组结合给定的几何形状进行分析。单模光纤的横截面非常小，进入光纤的光的方向必须非常接近光纤的方向，因此很难在不产生过多损耗的情况下将光引入光纤。不过，耦合设备的标准化使得电信设备使用单模光纤变得容易，但在实验室中，将空气中的光束连接到光纤中仍然是一个挑战。
- 多模光纤 ：多模光纤的横截面较大，入射光的方向要求不那么严格，因此更容易将光引入。然而，多模光纤不适用于长距离通信，因为脉冲在相对较短的距离内就会“衰减”。

2. 斜入射波的反射和透射分析

当一个（或多或少）平面电磁波斜入射到两种介质的界面时，我们需要更深入地分析反射和透射现象。假设界面是平面、“无限大且无限薄”。

在推导过程中，跟踪几何关系是一个主要挑战。波相对于界面倾斜，结果取决于与界面相遇的电场是平行于界面还是相对于界面倾斜。

我们先定义一些基本概念：
- 入射面 ：包含入射光线和界面法线的平面。
- 入射角 ：入