(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n0=1.2,r=13cm,β1=300)

(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n0=1.2,r=13cm,β1=300)
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
nx=n0 nx=900
则常数等于n0,于是在平板内任意一点有
=n0
nx与x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XC=r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 A=n0,故有:
于是
因此
在本题情形n A=1.3
由
得出A点的x坐标为x=1 cm
光线的轨迹方程为y 2+(1-x)2=r 2
代入x=1 cm,得到平板厚度为y=d=5cm