基本概念
当光线遇到两种介质的界面时，一部分光会被反射，一部分会被透射。斯托克斯关系描述了反射光和透射光之间的相位关系。这种关系源于能量守恒和时间反演对称性。这意味着在特定的光线入射条件下，反射和透射的光波之间存在特定的相位差。
推导和描述
考虑一束光线从介质1入射到介质2的界面，部分光线被反射，部分被透射。假设反射系数为r，透射系数为t。根据能量守恒，入射光线的能量等于反射光和透射光的能量之和。更进一步，考虑从介质2向介质1的反向传播，相同的界面仍然存在，则可以得到以下关系：
- r^2 + t * t’ = 0
- t * t’ + r * r’ = 1
其中 r’ 和 t’ 分别表示光从介质2返回到介质1时的反射和透射系数。斯托克斯关系表明，反射系数 r 和 r’ 在振幅上相等，但在相位上相差180度（π弧度），也就是符号相反。透射系数 t 和 t’ 的振幅和相位在理想情况下也是相关的，且满足特定的关系。简而言之，反射光线的相位变化取决于入射角的角度、偏振态和介质的折射率。
应用
斯托克斯关系在光学领域有广泛的应用，包括：
- 薄膜干涉：用于理解薄膜的反射和透射特性，例如光学涂层。
- 偏振光学：研究偏振光在反射和折射时的相位变化。
- 色散分析：用于分析光在不同介质中的传播特性。
斯托克斯关系的实用意义在于，它允许科学家预测反射和透射光束的相位关系，从而简化了对光学现象的分析，并优化了光学器件的设计。
重要性
斯托克斯关系不仅仅是一个数学关系，它反映了光与物质相互作用的基本物理规律。它揭示了光在不同介质界面上的行为模式，为理解光波的传播和干涉现象提供了重要的理论基础。它在许多光学应用中都发挥着关键作用。
结论
斯托克斯关系是物理光学中的一个重要概念，描述了光在界面上的反射和透射时的相位关系。它基于能量守恒和时间反演对称性，揭示了光的波的特性。对该关系的理解对于光学器件的设计，例如光学涂层、偏振片和光纤通信等具有重要的意义。