37、电磁反射、透射与偏振：原理与应用

电磁反射、透射与偏振：原理与应用

1. 引言

在研究无限均匀且无“自由电荷”的介质时，平面电磁波有着特定的相速度，其表达式为(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}}) ，这是麦克斯韦方程组的一个可能解。介质中光的速度(c)与真空中光速(c_0)及该介质的折射率(n)存在关系(c \equiv\frac{c_0}{n}) 。

大多数我们所考虑的介质为抗磁或顺磁介质，例如光学玻璃，其相对磁导率(\mu_r \approx1.00) ，所以可以近似认为(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。

对于原子排列规则且特殊的物质，如方解石晶体，当电场相对于晶体处于特定方向时，电子云更容易偏离平衡位置。这使得光在通过晶体时，根据晶体相对于光偏振方向的不同取向，传播速度也会有所不同。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。

还有一些物质只允许特定方向电场的光透过，这些物质可作为偏振滤光片，在摄影、材料表征、观看3D电影和天文学等领域都有应用。

接下来我们将分析电磁波在两种不同介质界面处的部分反射和部分透射现象，麦克斯韦方程组在这些计算中起着核心作用