当前课程知识点:电磁场工程应用 >  第6章 平面电磁波的反射和透射 >  6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射 >  光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射

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光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射在线视频

下一节:电磁波在理想介质表面的全透射

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光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射课程教案、知识点、字幕

同学们好通过前面的学习

我们知道

当电磁波入射到两种媒质分界面的时候

一部分波会反射回原来的媒质形成反射波

还有一波分波会透漏另外一种媒质形成透射波

当满足一定的条件的时候

透射波将不存在也就是说它会发生全反射

今天我们来学习电磁波在介质表面的全反射

这也是光纤的传输原理

首先来看什么是全反射

对于非磁性介质而言

无论它是平行极化

还是垂直极化的斜入射

如果它的反射系数

R的模等于1的话

此时的电磁功率会全部反射回

原来的媒质这一种现象

我们称之为全反射

通过前面的分析

我们知道电磁波在理想导体的表面

一定会发生全反射

而今天我们要学习的是

不光是理想导体的表面会发生全反射

电磁波在理想介质的表面也可以发生全反射

下面来看全反射的条件

对于非磁性媒质而言

也就是说设两种媒质的磁导率都等于μ0的话

那么根据平行极化波的反射系数

以及垂直极化波的反射系数

要使反射系数的模等于1可以推得入射角

θ1必须满足这一个表达式设这里的θ1等于θc

称之为临界角的话

也就是说

只要入射角大于临界角就会发生全反射

所以全反射的条件是第一种情况

假设第一种媒质的折射率

大于第二种媒质

也就是说

第一种媒质的介电常数大于第二种媒质的介电常数的话

第一种媒质是波密媒质第二种媒质是波疏媒质

也就是说

如果电磁波从波密媒质入射到波疏媒质时

只要入射角不小于这一个

临界角它就会发生全反射

所以全反射的条件是两个

第一个由波密媒质入射到波疏媒质

第二入射角大于临界角

为什么这里必须由波密媒质入射到波疏媒质呢

请大家看了这一个表达式

这里是arcsin根号下ε2比上ε1

正弦函数的函数值

是属于-1到1之间的一个数

也就是这里必须要ε2小于ε1

也就是说

从波密媒质入射到波疏媒质

下面我们就来分析

入射角的几种情况

当入射角小于临界角的时候

它不会发生全反射

当入射角恰好等于临界角的时候

设透射角为θ2

很显然

sinθ2就应该等于1

也就是说

θ2会等于九十度

θ2是透射角 透射角等于九十度

证明透射波依然存在

但是因为透射角等于九十度

所以实际上透射波是沿分界面方向进行传播的

当入射角大于临界角的时候

很显然它会发生全反射

因为它的透射波依然存在

只是它传播的方向是沿分界面是平行的

假设分界面的方向就是z轴的方向

如果我们以上面这个颜色代表着第一种媒质

下面这一个颜色代表着第二种媒质

那么这一条z轴所在的这一条虚线就代表着

两种媒质的分界面假设这一个角为临界角

当入射角大于临界角的时候

它会发生全反射

除了有反射波以外

还会有沿着z方向的波

也就是说

此时它的折射波的振幅着垂直方向

也就是这里的这一个x轴方向依然会存在

只是它的规律是衰减的

所以大家看了这里的几条黑线

从上到下幅度越来越衰减

它的衰减的规律

前面我们已经讲过它会按照指数规律进行衰减

因此它的能量依然是集中在

这一个分界面的表面附近

所以这一个波称之为表面波

或许说隐失波或许说倏(shu一声)逝波

下面我们来看光纤的结构

光纤是一种透明的玻璃纤维

它的直径很小

有里面的内芯和外面的这一个包层所构成

当然

在包层的外面还有一个保护层

这就是光纤的结构

光也是电磁波的一种

当光入射到端面的时候

光线会折射进入光纤的内部

在内芯和包层的界面之间多次发生全反射

假使这是一个光纤的截面

设内芯媒质的介电常数为ε1

包层的介电常数为ε2的话

设光的入射角为θi很显然

此时的临界角等于这样一个表达式

因此这个光纤发生全反射的条件就是

第一入射角大于等于临界角

第二设ε1大于ε2

也就是说

内芯的介电常数大于包层的介电常数的话

此时

就会发生全反射

换一句话说

此时的光线就局限在内芯里面传播

不过

请大家注意光纤的介质外层的表面

一定还存在着表面波

此时必须加一个金属的外壳给与电磁屏蔽

因此

这样就形成了光缆

请大家看着这两张图

这两张图是光导纤维在医学上面的一个应用

它是用作内窥镜来检查人体内脏器官的病变情况

电磁场工程应用课程列表:

第0章 场的概念

-0.1 场与路

--场与路

--场与路

-0.2 矢量的基本运算

--矢量的基本运算

--矢量的基本运算

-0.3 场的直观表示--场线

--场的直观表示

--场的直观表示

-0.4 标量场的方向导数和梯度

--标量场的方向导数和梯度

--标量场的方向导数和梯度

-0.5.1 矢量场的通量和散度

--矢量场的通量和散度

--矢量场的通量和散度

-0.5.2 矢量场的环量和旋度

--矢量场的环量和旋度

--矢量场的环量和旋度

-0.6 散度和旋度

--散度和旋度

--散度和旋度

-0.7 亥姆霍兹定理

--亥姆霍兹定理

--赫姆霍兹定理

-第0章 场的概念--第0章习题

-第0章 场的概念——讨论题

第1章 静电场

-1.1静电场的源

--静电场的源

--静电场的源

-1.2电场强度

--电场强度

--电场强度

-1.3电位

--电位

--电位

-1.4电偶极子

--电偶极子

--电偶极子

-1.5静电场中的导体和电介质

--静电场中的导体和电介质

--静电场中的导体和电介质

-1.6高斯定理

--高斯定理

--高斯定理

-1.7静电场的基本方程

--静电场的基本方程

--静电场的基本方程

-1.8静电场分界面的衔接条件

--静电场分界面的衔接条件

--静电场分界面的衔接条件

-1.9静电场的边值问题及求解

--静电场的边值问题及求解

--静电场的边值问题及求解

-1.10镜像法

--镜像法

--镜像法

-1.11电轴法

--电轴法

--电轴法

-1.12地球的电容-电容及求解

--地球的电容-电容及求解

--地球的电容-电容及求解

-1.13静电力与静电能量

--静电力与静电能量

--静电力与静电能量

-1.14高电压技术中的电场问题

--高电压技术中的电场问题

--高电压技术中的电场问题

-第1章 静电场--第1章习题

-第1章 静电场——讨论题1

-第1章 静电场——讨论题2

-第1章 静电场——讨论题3

第2章 恒定电场

-2.1鱼塘大量死鱼之谜-电流及电流密度

--鱼塘死鱼之谜--电流及电流密度

--鱼塘死鱼之谜--电流及电流密度

-2.2三大定律

--三大定律

--三大定律

-2.3电源电动势和局外场强

--电源电动势和局外场强

--电源电动势和局外场强

-2.4恒定电场的基本方程和边界条件

--恒定电场的基本方程和边界条件

--恒定电场的基本方程和边界条件

-2.5电流为什么弯曲?--恒定电场边界条件的应用

--电流为什么弯曲--恒定电场边界条件的应用

--电流为什么弯曲--恒定电场边界条件的应用

-2.6恒定电场的边值问题

--恒定电场的边值问题

--恒定电场的边值问题

-2.7恒定电场与静电场的比拟

--恒定电场与静电场的比拟

--恒定电场与静电场的比拟

-2.8恒定电场的工程应用:电导和部分电导

--恒定电场的工程应用:电导和部分电导

--恒定电场的工程应用:电导和部分电导

-2.9别墅起火之谜--绝缘电阻

--别墅起火之谜—接地电阻

--别墅起火之谜—绝缘电阻

-2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压

--奶牛遭雷击人却安全

--奶牛遭雷击人却安全

-第2章 恒定电场--第2章习题

-第2章 恒定电场——讨论题1

-第2章 恒定电场——讨论题2

第3章 恒定磁场

-3.1磁感应强度

--磁感应强度

--磁感应强度

-3.2磁场中的物质--磁化

--磁场中的物质-磁化

--磁场中的物质-磁化

-3.3安培环路定理

--安培环路定理

--安培环路定理

-3.4恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件

--恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件

--恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件

-3.5.1矢量磁位及其边值问题

--恒定磁场中的位函数-矢量磁位及其边值问题

--恒定磁场中的位函数-矢量磁位及其边值问题

-3.5.2标量磁位及其边值问题

--恒定磁场中的位函数-标量磁位及其边值问题

--恒定磁场中的位函数-标量磁位及其边值问题

-3.6恒定磁场中的镜像法

--恒定磁场中的镜像法

--恒定磁场中的镜像法

-3.7.1自感和互感的概念

--恒定磁场的工程应用:电感-自感及互感的概念

--恒定磁场的工程应用:电感-自感及互感的概念

-3.7.2自感和互感的计算

--恒定磁场的工程应用:电感-自感及互感的计算

--恒定磁场的工程应用:电感-自感及互感的计算

-3.8恒定磁场的能量

--恒定磁场的能量

--恒定磁场的能量

-3.9.2虚位移法

--磁场力-虚位移法

--磁场力-虚位移法

-3.9.3法拉第观点

--磁场力-法拉第观点

--磁场力-法拉第观点

-3.10磁路

--磁路

--磁路

-第3章 恒定磁场--第3章习题

-第3章 恒定磁场——讨论题1

-第3章 恒定磁场——讨论题2

第4章 时变电磁场

-4.1电磁感应定律

--电磁感应定律

--电磁感应定律

-4.2感应电场

--感应电场(涡旋电场)

--感应电场

-4.3全电流定律

--全电流定律:安培环路定律的修正

--全电流定律

-4.4麦克斯韦方程组

--麦克斯韦方程组及分界面衔接条件

--麦克斯韦方程

-4.5.1坡印廷定律和坡印廷矢量

--坡印亭定理和坡印亭矢量

-4.5.2坡印廷定理的应用

--坡印廷矢量的工程应用:同轴电缆的能量传输分析

--坡印廷矢量的工程应用

-4.6.1 动态位的引入

--动态位的引入及其方程

--动态位的引入

-4.6.2 动态位的积分解

--达朗贝尔方程的积分解

--动态位的积分解

-4.7.1时谐电磁场及其复数表示

--时谐电磁场及其复数表示

--时谐电磁场及其复数表示

-4.7.2麦克斯韦方程的复数形式

--时变场方程的复数形式

--时变场方程的复数形式

-4.7.3复介电常数

--复介电常数和复磁导率

--复介电常数和复磁导率

-4.7.4坡印廷定理的复数形式

--坡印廷定理的复数形式

--坡印廷定理的复数形式

-4.7.5时谐场的坡印廷矢量

--时谐场中的坡印廷矢量

--时谐场中的坡印廷矢量

-4.7.6时变场计算实例

--时变场计算实例

--时变场计算实例

-第4章 时变电磁场--第4章习题

-第4章 时变电磁场——讨论题1

-第4章 时变电磁场——讨论题2

第5章 均匀平面电磁波

-5.1 均匀平面电磁波的概念

--均匀平面电磁波的概念

--均匀平面电磁波的概念

-5.2.1 无界理想介质中平面波的方程

--无界理想介质中均匀平面波的波动方程

-- 无界理想介质中均匀平面波的波动方程

-5.2.2 无界理想介质中的平面波传播特性

--无界理想介质中均匀平面波的参数和传播特性

--无界理想介质中均匀平面波的参数和传播特性

-5.3.1导电媒质中均匀平面波的方程

--导电媒质中均匀平面波的方程和求解

--导电媒质中均匀平面波的方程和求解

-5.3.2导电媒质中均匀平面波的传播特性

--导电媒质中均匀平面波的参数和传播特性

--导电媒质中均匀平面波的传播特性

-5.3.3 4G手机能否用于煤矿的井上下通信?

--4G手机

-- 4G手机能否用于煤矿的井下和井上通信

-5.3.4潜艇通信困难?

--海水中潜艇之间的通信困难?

--海水潜艇通信困难

-5.3.5良导体和良介质中均匀平面波的传播特性

--良导体和良介质中均匀平面波的传播特性

--良导体和良介质中均匀平面波的传播特性

-5.3.6趋肤效应

--趋肤效应

--趋肤效应

-5.3.7趋肤效应的工程应用2例

--趋肤效应的工程应用2例

--趋肤效应的工程应用2例

-5.4.1 电磁波的极化

--电磁波的极化

--电磁波的极化

-5.4.2 圆极化的旋向判断

--圆极化的旋向判断

--极化旋向判断

-5.4.3 极化的工程应用举例—立体电影

--极化的工程应用举例2——液晶显示

--极化的工程应用举例

-第5章 均匀平面电磁波--第5章习题

-第5章 均匀平面电磁波——讨论题1

-第5章 均匀平面电磁波——讨论题2

第6章 平面电磁波的反射和透射

-6.1.1平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射

--平面电磁波对一般导电媒质分界面的垂直入射

--电磁波对一般导电媒质的垂直入射

-6.1.2均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射

--均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射

--电磁波对理想导体平面的垂直入射

-6.1.3均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射

--均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射

--电磁波对理想介质分界面的垂直入射

-6.1.4易拉罐增强WiFi信号?

--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射

--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射

-6.2.1平面波在理想介质分界面上的斜入射

--平面波在理想介质分界面上的斜入射

--平面波在理想介质分界面上的斜入射

-6.2.2雷达测距和雷达低空盲区

--雷达测距和雷达低空盲区

--雷达测距和雷达低空盲区

-6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射

--光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射

--光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射

-6.2.4电磁波在理想介质表面的全透射

--电磁波在理想介质表面的全透射

--电磁波在理想介质表面的全透射

-第6章 平面电磁波的反射和透射--第6章习题

-第6章 平面电磁波的反射和透射——讨论题1

-第6章 平面电磁波的反射和透射——讨论题2

-第6章 平面电磁波的反射和透射——讨论题3

光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射笔记与讨论

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