用费马原理推导折射定律

费马原理是光学中最基本的原理,俗称"最快到达原理",即光总是沿着所用时间最短的途径进行传播.现在,根据费马原理推导光的折射定律,以加强知识的联系.     

用于相位突变界面的广义的反射定律和折射定律

考虑到位于两物质界面上的Metasurface对光线传播行为的影响, 从费马原理和边界条件连续两种角度出发, 推导了可用于相位突变界面的广义反射与折射定律. 该定律在界面对光波的相位改变量为零的情况下, 回归为通常的反射定律和折射定律. 利用广义的折射定律和反射定律讨论了介质折射率、界面上的相位梯度等因素对光传播行为的影响, 发现利用广义的折射定律和反射定律很容易实现反常反射和反常折射行为, 并给出了出现反常反射和反常折射的条件, 以此为基础可以实现对光波的随意控制. 依据广义的折射定律和反射定律分析了一维相位掩模板对光场传播行为的影响. 关键词： 超材料 相位突变界面 反射定律 折射定律     

电磁波方程及折射、反射定律的一些思考

本文由电磁波的麦克斯韦方程组出发,介绍导出折射定律和反射定律的一种证明方法.其证明方法,使用了空间微元近似,然后推广至全空间传播的方法,从而简化了麦克斯韦方程组求解的烦琐过程,提出了一种可教学推广的实用性方法.通过使用微元法,求解得到麦克斯韦方程的行波解形式,即得出电磁场是一种行波.由电磁场的向量形式推导空间中电磁波的折射、反射定律,得到折射、反射定律的证明并不需要电磁波的解析形式,在连续函数的情形下是普遍成立的.求解过程中加深对麦克斯韦方程组的理解,体现了电磁过程的深刻物理图像,也为由几何光学向波动光学过渡提供一种思想上的指导.     

基于光的反射与折射定律的表述方法推导及应用

光的反射和光的折射是几何光学应用中最基本的方法。在现代精密光学元件加工过程中,其不同的表述方法可以为光线追迹、棱镜误差分析以及棱镜装调提供不同的解决思路。介绍了光的反射定律和折射定律的传统形式表述方法,并推导了光的反射定律和折射定律的矢量、矩阵及四元数3种表述方法。通过Matlab辅助下的模拟计算,得到施密特棱镜检验光路中2个不同区域入射光线的反射在水平方向上对称分布于前表面反射像两侧,与实际应用相符,实现了矢量、矩阵和四元数表述方法在施密特棱镜检验光路中的应用。3种表述方法可以为光线追迹、棱镜误差分析以及棱镜装调提供科学、实用的解决方法。     

基于光折射定律的虹成因分析及其实验应用

建立了虹形成的理论模型,从理论上分析了虹形成原因,并通过实验对理论模型进行了验证,同时也通过实验让学生更直观地了解虹形成原因.在此基础上将上述理论模型及实验进行拓展,将其设计成综合性和设计性实验,培养学生综合应用能力.     

用矢量方法分析角锥棱镜的反射特性

从现代光学角度出发,利用反射、折射定律的矢量表达式,详细分析了理想角锥棱镜对光的反射特性以及角锥棱镜存在直角误差时对其光路的影响,并用大量公式进行了理论推导和论证.同时指出要在高精度测量过程中提高检测精度,任何一个角度误差都不能忽略.该分析结果对实际工作中应用角锥棱镜作为逆向反射器所造成的误差的修正具有指导意义.     

折射等光程面与傍轴成像球面之间的关系

利用费马原理得到了两个齐明点之间折射等光程面的曲面方程,然后得到了折射等光程面顶点(即齐明点连线与折射面的交点)处的曲率半径表达式,它与球面傍轴成像公式具有完全相同的形式.这说明,傍轴成像中的球面与折射等光程面之间存在联系.分析发现,傍轴成像球面实际上就是对顶点处曲率半径等于该球面半径,并在顶点处与该球面相切的一系列折射等光程面的近似.     

光的折射定律(Snell定律)演示实验装置

基于光子动量在不同媒质分界面上沿分界面方向守恒原理,制作了光的折射定律演示装置.使用该装置可演示入射角连续变化,折射角也自动遵循折射定律相应变化.本文介绍了该演示装置的原理、构造及使用方法.     

光传播中的极值问题

通过对光传播过程中路径的分析，基于极值的观点分别证明了光的反射定律与光的折射定律，并在证明中阐释了从最短路程原理过渡到最短时间原理的重大意义。     

Discovering the generalized vectorial laws of multiple reflection and refraction

This paper reports on the discovery of the generalized vectorial laws of multiple reflection and refraction as an extension of the earlier discovery of the generalized vectorial laws of reflection and refraction reported in 2005. The present discovery is novel and original and interesting from academic point of view. It will enrich the field of optics.     

光的反射、折射和全反射演示器

利用自制教具演示了光的反射、折射和全反射现象 ,克服了传统实验仪器的不足 .本文介绍了教具的制作和使用方法     

The coefficients of reflection and refraction on interface of the crystals in the Savart polariscope

According to the boundary conditions of the electromagnetic field, the coefficients of reflection and refraction on the interface of crystal in the Savart polariscope are obtained for ordinary ray (o-ray) and extraordinary ray (e-ray).The coefficients of reflection and refraction are different from an isotropic medium and have more complicated forms than isotropic medium.     

电磁波在左右手介质界面折射与反射特性的研究

研究了电磁波在左右手介质界面折射与反射的特性,给出了折射系数和反射系数,从另外一个方面探讨了最小作用量原理在左手材料中的适用性;从电动力学和最小作用量原理证明了Snell定律,验证了Snell定律在左手材料中的适用性,并且得到Fresnell公式在左右手材料中的一致性.     

Wave theory of light leading to the generalized vectorial laws of reflection and refraction

This paper deals with the application of Huygens’ wave theory of light for the derivation of the generalized vectorial laws of reflection and refraction discovered by the author in 2005. The long-running literature falls short of such a theoretical proof of the generalized vectorial laws of reflection and refraction on the basis of wave theory. As such the present work is novel and original. At the same time it also enhances the theoretical foundation of the discovery of the generalized vectorial laws of reflection and refraction there by proving the efficiency and increasing the range of applicability of the wave theory of light as well.     

Reflection and refraction of waves in oscillatory media

This paper uses the two-dimensional Brusselator model to study reflection and refraction of chemical waves. It presents some boundary conditions of chemical waves, with which occurence of observed phenomena at interface as refraction and reflection of chemical waves can be interpreted. Moreover, the angle of reflection may be calculated by using the boundary conditions. It finds that reflection and refraction of chemical waves can occur simultaneously even if plane wave goes from a medium with higher speed to a medium with lower speed, provided the incident angle is larger than the critical angle.     

Reflection and refraction by interfaces of uniaxial crystals

We present a simple and complete approach to determining the directions and amplitudes of rays propagating through arbitrary systems of homogeneous and/or uniaxial materials. In the process we extend the work of Gu and Yen to full generality.     

Momentum conservation leading to the generalized vectorial laws of reflection and refraction

This paper considers the newly discovered laws on reflection and refraction reported in 2005 by the author. A brief review of the said discovery has been made. To give the discovery a concrete foundation and to show the efficiency of the photon theory, theoretical proof of each of those discovered laws on reflection and refraction has been offered making use of the photon theory and on further application of the principle of conservation of momentum.     

利用对称性原理推导几何光学三定律

从对称性的角度,分析了光波在无限大均匀介质中、两种媒质的分界面上传播必须遵从的时间和空间平移不变性,推导出光的直线传播、反射以及折射定律,揭示了支配几何光学三定律的更为深刻而底层的对称性原因,这种视角对于光学部分的教学将产生深刻的影响.