讨论劳埃德镜的“半波损失”

讨论劳埃德镜的“半波损失”
作者：高天翀 04010520
摘要：劳埃德镜是光学研究上的重要器材，它不仅巧妙解决了普通光源的干涉现
象问题，还能表现光波的相位突变。本文着重研究了劳埃德镜上出现的半波损失
现象产生的条件，尤其是入射角度的要求。
关键词：劳埃德镜、斜入射、半波损失

这个讨论源于作者物理课上发生的一件趣事，现在看来，只要肯深入追究，物理里面还
有好多值得人探讨的道理呢。记得这学期的一次物理课上，老师问我们：“劳埃德镜上面是
否发生了半波损失？镜子平面与光屏的交点出现的是暗纹还是亮纹？”那时候我的选择是
“没有半波损失，亮纹。”后来老师讲解才发现我的答案全错了，但是我并没有满足于记住
这个答案，记死理的我决定非要研究一番。
让我对自己原来的答案“念念不舍”的是老师当初交半波损失时候说的一句话“半波损
失只发生在波与反射面垂直的情况下！并且要满足光从光疏介质射向光密介质的条件。”显
然，劳埃德镜的情况并不满足垂直入射的条件，那又能发生半波损失，是什么地方出现问题
了呢？
查阅资料和观察实验结果，我得到了以下两个我感觉正确的结论。1）由实验结果“镜
子平面与光屏的交点出现的是暗纹”表明，光在由劳埃德镜反射的过程中确实出现了相位的
突变，并且这个突变是π。2）半波损失关于入射角的要求为：“入射光在光疏媒质中前进，
遇到光密媒质界面时，在掠射或垂直入射2种情况下，在反射过程中产生半波损失，这只是
对光的电场强度矢量的振动而言。”
由以上的两个结论，我开始进一步的研究为何半波损失需要对入射角进行规定（按照目
前的实验结果，斜入射只要保证光从光疏介质射向光密介质的条件，也会发生π的相位突
变）。光是一个矢量，所以在对光矢量的讨论中，我们不仅需要讨论振动方程，也要考虑光
矢量的传播方向。在光线斜入射（入射角不是近似等于0°或90°）的情况下，由于入射光和
反射光的传播方向不在同一直线上，其光矢量的平行分量也不在同一直线上，无法比较其方
向相同或相反，因此，讨论半波损失没有意义。只有在垂直入射或者掠射（入射角近似为
90°）的情况下，我们才说会发生半波损失。
接下来更细一步的研究，我终于发现了问题的所在了。劳埃德镜（洛埃镜）的实验前提
条件就有明确规定“从一狭缝发出的光，以掠入射角（近90度的入射角）入射到洛埃镜上”。
这个前提规定，既避免了对光矢量方向的要求，也防止出现由于空间相干性的影响。在入射
角度不是接近90°的情况下，干涉条纹会出现明暗不清的情况。在这一点上，高等教育出版
社的《物理学》 （第五版）下册写的就比较严谨，明确规定了反射为掠射。而清华大学出
版社的《工科基础物理学》 下在这个问题上就略欠一筹了，只说是反射。
劳埃德镜是说明半波损失的一个重要试验，它原理巧妙设备简单而且现象明显。经过这
次的探究，我感觉我对于光学尤其是半波损失的了解更深入了一些，我也了解到了初学劳埃
德镜时认识的粗浅之处。虽然不是研究之初想象的那样，能找出劳埃德镜和半波损失之间的
矛盾之处，但是我感觉这次物理探究对于培养我学术研究上的严谨性格有着不少的好处。
参考：（摘抄部分由下划线标出）
百度百科——半波损失：http://baike.baidu.com/view/952795.htm
百度百科——洛埃镜：http://baike.baidu.com/view/1636309.htm
《半波损失和附加光程差研究》：
http://www.scrtvu.net/thesis/files/yjlc/lc200343.html
教材《工科基础物理学》 下

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