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20分)给定一厚度为d的平行平板,其折射率按变化束光在O点由空气垂直射入平板,并在A点以角度射出,如图所示。求A点的折射率nA,并确定A点的位置及平板的厚度。(设n01.2r13cmβ1300

答案

解析:首先考虑光的路线,如图1所示。对于经过一系列不同折射率的平行平板的透射光,可以应用斯奈尔定律:

更简单的形式是:

这个公式对任意薄层都是成立的。在我们的情形里,折射率只沿x轴变化,即=常数。                  

在本题中,垂直光束从折射率为n0的点入射,即

    nxn0    nx900

则常数等于n0,于是在平板内任意一点有

n0

nxx的关系已知,因此沿平板中的光束为:

    

由图2表明光束的路径是一个为XCr的圆,

从而有:

  现在我们已知光的路径,就有可能找到问题的解答。按照折射定律,当光线在A点射出时,有:

因为nA sin An0,故有:

于是

因此

在本题情形n A1.3

得出A点的x坐标为x1 cm

光线的轨迹方程为y 2+(1x2r 2

代入x1 cm,得到平板厚度为yd5cm

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