境界面での反射・透過

TE/TM波の反射係数および透過係数

 電界の接線成分の反射係数 RtE± は, (1)RtE+=V1V1+|V2=0=Z1b1Z1a1|a2=0=b1a1|a2=0=S11(2)RtE=V2+V2|V1+=0=Z2b2Z2a2|a1=0=b2a2|a1=0=S22 また,接線電界の透過係数 TtE± は, (3)TtE+=V2+V1+|V2=0=Z2b2Z1a1|a2=0=Y1Z2S21(4)TtE=V1V2|V1+=0=Z1b1Z2a2|a1=0=Y2Z1S12 これより,TE波の接線電界の透過係数 TteE± は, TteE+=Y1TEZ2TES21TE=Yw1kz1k1Zw2k2kz2S21TE(5)=Yw1cosθ1Yw2cosθ2S21TETteE=Y2TEZ1TES12TE=Yw2kz2k2Zw1k1kz1S12TE(6)=Yw2cosθ2Yw1cosθ1S12TE また,TM波の接線電界の透過係数 TtmE± は, TtmE+=Y1TMZ2TMS21TM=Yw1kzkz1Zw2kz2kzS21TM(7)=Yw1cosθ2Yw2cosθ1S21TMTtmE=Y2TMZ1TMS12TM=Yw2kzkz2Zw1kz1kzS12TM(8)=Yw2cosθ1Yw1cosθ2S12TM

異なる誘電体の境界面での平面波の反射・透過

 境界面での反射係数・透過係数を求める(d=0).相対屈折率 (9)n=k2/k1=ϵ2/ϵ1 を用いると,スネルの法則 (10)sinθ1=nsinθ2 より, cosθ2=1sin2θ2=1(sinθ1n)2(11)=1nn2sin2θ1 反射係数 RteE+RtmE+ は, RteE+=Y1TEY2TEY1TE+Y2TE=kz1kz2kz1+kz2=k1cosθ1k2cosθ2k1cosθ1+k2cosθ2=cosθ1ncosθ2cosθ1+ncosθ2(12)=cosθ1n2sin2θ1cosθ1+n2sin2θ1RtmE+=Z2TMZ1TMZ2TM+Z1TM=kz2n2kz1kz2+n2kz1=k2cosθ2n2k1cosθ1k2cosθ2+n2k1cosθ1=cosθ2ncosθ1cosθ2+ncosθ1(13)=n2sin2θ1n2cosθ1n2sin2θ1+n2cosθ1 また,TE波の接線電界の透過係数 TteE+,およびTM波の接線電界の透過係数 TtmE+ は, TteE+=2Y1TEY1TE+Y2TE=2kz1kz1+kz2=2k1cosθ1k1cosθ1+k2cosθ2=2cosθ1cosθ1+ncosθ2(14)=2cosθ1cosθ1+n2sin2θ1TtmE+=2Z2TMZ1TM+Z2TM=2kz2n2kz1+kz2=2k2cosθ2n2k1cosθ1+k2cosθ2=2ncosθ2n2cosθ1+ncosθ2(15)=2n2sin2θ1n2cosθ1+n2sin2θ1

実効比誘電率

 実効比誘電率 ϵTEϵTM を次式で定義する. ϵTE=n2sin2θ1cos2θ1(16)=n2sin2θ11sin2θ1ϵTM=n4cos2θ1n2sin2θ1(17)=n4(1sin2θ1)n2sin2θ1 これより,TE波の接線電界の透過係数 TteE+,およびTM波の接線電界の透過係数 TtmE+ は, TteE+=21+n2sin2θ1cos2θ1(18)=21+ϵTETtmE+=2n4cos2θ1n2sin2θ1+1(19)=21+ϵTM