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菲涅耳方程计算器

· 最后更新:2026-08-29

介质界面 n₁ → n₂ 的菲涅耳方程:Snell 定出 θ₂ 后,振幅系数 r_s = (n₁cosθ₁−n₂cosθ₂)/(n₁cosθ₁+n₂cosθ₂)、r_p = (n₂cosθ₁−n₁cosθ₂)/(n₂cosθ₁+n₁cosθ₂),反射率 R = r²。p 偏振反射在布儒斯特角 arctan(n₂/n₁) 处消失;正入射时两种偏振同给 R = ((n₁−n₂)/(n₁+n₂))²——空气中未镀膜玻璃表面著名的 4%。

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概览

菲涅耳方程计算器用于精确分析光在两种介质界面上的反射与透射行为。通过输入两介质的折射率及光线入射角,工具依据斯涅尔定律与菲涅耳公式,快速计算出折射角、s 偏振与 p 偏振的振幅反射系数、功率反射率(R)、透射率(T)以及该界面的布儒斯特角。

适用场景

  • 评估光学镜片或透镜未镀膜表面的界面反射损耗与透光率。
  • 设计偏振光学系统时,确定特定介质界面的布儒斯特角位置。
  • 分析斜入射条件下 s 偏振与 p 偏振光在介质分界面上的反射强度差异。

使用方式

  1. 1输入入射介质折射率 n₁、透射介质折射率 n₂ 以及入射角 θ₁(以度为单位)。
  2. 2系统依据斯涅尔定律计算折射角 θ₂,并根据菲涅耳振幅公式求得 r_s 和 r_p。
  3. 3自动输出两种偏振态的功率反射率(R_s、R_p)、透射率(T_s、T_p)及界面的布儒斯特角 θ_B。

常见用途

  • 光学镀膜工程师分析未镀膜基底的初始界面反射损耗。
  • 物理学与光电专业学生验证斯涅尔定律及偏振分束原理。
  • 激光与光路设计人员计算斜入射窗口片的偏振分光比例。

示例

1. 空气到玻璃斜入射 30° 偏振反射计算

光学工程技术员

背景

正在设计一套偏振分束测试光路,需评估 30° 斜入射下空气-玻璃界面的偏振损耗。

问题

需要获取 30° 入射时光线的精确折射角以及 s 和 p 分量的反射比率。

如何使用

在 n₁ 输入 1,n₂ 输入 1.5,angleDeg 输入 30 进行计算。

n₁ = 1, n₂ = 1.5, angleDeg = 30

结果

得出折射角为 19.47°,s 偏振反射率为 5.78%,p 偏振反射率为 2.52%,布儒斯特角为 56.31°。

2. 光学透镜表面正入射反射率验证

光电实验室研究员

背景

评估多组透镜系统的未镀膜表面反射累积衰减。

问题

需要快速核算光线垂直入射至普通光学玻璃时的界面单次反射损耗。

如何使用

在 n₁ 输入 1,n₂ 输入 1.5,angleDeg 输入 0 进行计算。

n₁ = 1, n₂ = 1.5, angleDeg = 0

结果

计算显示两种偏振态的反射率均为 4.00%,透射率为 96.00%。

常见问题

什么是 s 偏振和 p 偏振?

s 偏振指电矢量垂直于入射面的光,p 偏振指电矢量平行于入射面的光。

布儒斯特角有什么物理意义?

当入射角等于布儒斯特角时,p 偏振光的反射率完全降为零,反射光变为纯粹的 s 偏振光。

为什么玻璃表面在正入射时反射率约为 4%?

空气(n≈1.0)与常规玻璃(n≈1.5)在 0° 入射时,代入正入射反射率公式 ((1-1.5)/(1+1.5))² 精确等于 4%。

计算器支持哪些角度单位?

入射角输入框接受以“度(°)”为单位的角度数值。

透射率 T 是如何计算的?

在无吸收的理想介质界面上,透射率根据能量守恒直接由公式 T = 1 - R 得出。

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点电荷场强 E = k·|Q|/r²(N/C 与 V/m 同值):Q 的符号只决定方向——正电荷的场指向外,负电荷的场指向内;并附带该点电子所受的力 F = e·E 作交叉验证。锚点示例:1 nC 在 1 m 处给出 8.99 N/C 的实验室温和场强;电子自身在玻尔半径的场强为 5.14221×10¹¹ N/C——电场的原子单位。

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快度 φ = artanh(β):把相对论速度合成变成普通加法的双曲角。推动(boost)按快度相加复合(tanh(φ₁+φ₂) = 合成 β),γ = cosh φ、γβ = sinh φ,e^φ 就是纵向多普勒因子。β = 0.5 时 φ = 0.549306,加倍得 tanh(1.098612) = 0.8——0.5c + 0.5c = 0.8c 归结为 2φ。

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折射定律 n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂:可求折射角 θ₂,也可反解入射角 θ₁。当光从光密介质射向光疏介质且 sinθ 超过 1 时,工具报告全内反射并给出临界角,而非硬算。示例追踪同一条光线:进入玻璃 30° → 19.47°,射出玻璃 30° → 48.59°(逼近 41.81° 临界角)。

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海森堡不确定性原理 Δx·Δp ≥ ℏ/2 的三种用法:由位置不确定度 Δx 求最小动量不确定度 Δp = ℏ/(2Δx);由 Δp 求最小 Δx;或检验一组 (Δx, Δp) 是否满足不等式并给出比值。长度支持 m/mm/µm/nm/pm,动量支持 kg·m/s、g·cm/s、eV/c;可选输入粒子质量把 Δp 换算成速度展宽 Δv = Δp/m(并给出与光速之比)。