电磁波谱中频率较宽的红外波需要在特殊介质中才能传播 常用的两种介质是溴化钾(在波长λ=5μm处的折射率为1.5

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电磁波谱中频率较宽的红外波需要在特殊介质中才能传播,常用的两种介质是溴化钾(在波长λ=5μm处的折射率为1.54)和氯化银(在λ=5μm处的折射率为2.00),试计算红外波法向穿过这些介质所组成的平行的平面窗口时能量损失的百分率。假定荧光屏置于空气中(折射率为1.00),波在窗口表面反射时仅发生能量损失。提示:请注意反射波在各个分界面上的相位变化和电场的边界条件。

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答案解析

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  • 对于法向入射情形,满足反射和折射条件如下:
        (1)
        (2)
       依题意,对于由介质溴化钾和空气,当波从空气射向介质时,设空气的折射率:n1,介质的折射率为n2,当波从介质射向空气时,设介质的折射率为n1,空气的折射率为n2。我们统一将空气的折射率为n1,介质的折射率为n2,则R随着波透射的传播方向不同仅相差一个负号,但考虑到我们要分析的是能量损耗,即只与R2有关,所以不用考虑R的正负。对于T,则分成两种情形:
        (3)
       (2)当波从介质射向空气时
        (4)
       如图,波在两个截面上经过无数次反射和折射,能量的损耗由两部分组成,即第一次反射波S=R2,另外一部分为无数次与传播方向反向的方向透射的能量之和,即:
       S=S1+S2=R2+S2(1)+S2(2)+S2(3)+…  (5)
       S2(1)=(pqR)2
       S2(2)=(pqR)2(R2)
       其中    S2(3)=(pqR)2(R2)2    (6)
       
       S2(n)=(pqR)2(R2)2n-3
       
       可以看出该数列为等比为R2的一个无穷等比数列,将已知条件和式(1)、式(3)、式(4)、式(6)代入式(5)后可以求得能量损耗的百分比。最后结果为,在溴化钾中,反射能量的损失约为9%,在氯化银中,反射能量的损失约为21%。