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光學 標題:稜鏡: 反射與折射
1:黃福坤 (研究所)張貼:2004-02-01 18:06:00:
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稜鏡: 反射與折射



本動畫模擬光源經過稜鏡時所產生的 折射 反射 與全反射現象
畫面中紅色圓圈代表一個光源 紅色線段指示光源行進方向


若無法瀏覽動畫請點選使用問題

折射率: 四周環境 (空氣 n1)= 稜鏡內部(n2)=
改變數值候記得按下 ENTER 鍵喔!



使用說明:
以滑鼠左鍵在 光源紅色端點拖動 可以改變光源方向
若在光源藍色區域內按下則僅改變位置 光源方向不變

按下稜鏡任一角 可以改變稜鏡的形狀與位置
在稜鏡區域內部按下 則僅改變稜鏡的位置 形狀不變

當光線強度小於原本的千分之一則不再繼續顯示
射向四邊的光線會標示其相對光源原來的強度
本動畫同時顯示兩種不同偏振方向的電場大小在折射或反射後振幅的改變
光源所標示的顏色為黃色: 螢幕上 黃色光係由 紅色光與綠色光所組成
紅色光與綠色光強度分別顯示兩相互垂直偏振方向的強度

當反射光與折射光成直角時 與入射面同平面的偏振光完全折射
反射光為線偏振光 此即 Brewster's angle 布魯斯特角

本動畫假設稜鏡的折射率為 1.5



請留意的地方:
1. 注意到全反射的現象嗎?
2. 光線強度的改變?
3. 仍有一小部份程式顯示的結果不正常, 尚待解決! 你發現了嗎?

光或電磁波行經不同介質時速度會不相同
於是在介面(邊界)上會產生折射與反射現象
反射時 滿足反射定律: 反射角等於入射角
折射時 則滿足折射定律:
原介質折射率  入射角 
新介質折射率  入射角 
則 
光線部分能量反射 部分能量折射 : 反射與折射的能量和折射率與入/折射角相關
光是電磁波 一般的光源可以包含不同方向振動的電場
(但是都和行進方向垂直, 因為光是橫波)
通常可將電場方向分成和入射面垂直與在入射面上的兩方向
(所謂入射面指 入射線 反射線 所形成的平面 , 和折射線也共平面)

光的強度  和  電場平方 成正比
經過 折射與反射後 原來電場強度都改變了, 反射波的電場滿足下式

其中 
因此反射波強度  和下式成正比

藉由以上公式可以算出 反射光強度為多少,
入射光強度減去反射光強度便是折射光的強度

以光線垂直入射鏡面 都等於零
則兩不同偏振方向的反射係數都相同= 
所以一般光線從空氣中 (折射率約為 1 )垂直射向玻璃(折射率約為 1.5 )
則電場振幅反射係數 = (1.5-1)/(1.5+1)=0.2
而光強度和電場平方成比例 於是 反射光強度為入射光強度的 0.22=0.04
也就是96%的光線會進入玻璃 而僅有 4%的光線反射回空氣

同樣的光線由玻璃垂直射向空氣中也是僅有 4%的光線反射回玻璃
本動畫便是利用以上公式計算 光線於稜鏡介面反射與折射的光強度


to java applet


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