Лекция 3

3 Прохождение света через границу раздела двух сред

3.1. Отражение и преломление света на границе раздела двух сред

После прохождения границы раздела двух прозрачных однородных диэлектрических сред падающая плоская волна (луч ) разделяется на две волны: проходящую во вторую среду (луч) и отраженную (луч). N– вектор нормали к поверхности в точке падения единичной длины.

Угол падения – это угол между лучом, падающим на преломляющую или отражающую поверхность, и нормальюк поверхности в точке падения.Угол преломления – это угол между преломленным лучоми нормальюк поверхности в точке преломления.Угол отражения – это угол между отраженным лучоми нормальюк поверхности в точке отражения.

3.1.1. Закон преломления

Классическийзакон преломления Снеллиуса (refraction law):

1. падающий луч, преломленный луч и нормаль к поверхности раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.
2. произведение показателя преломления на синус угла между лучом и нормалью

сохраняет свое значение при переходе в следующую среду:

3.1.2. Закон отражения Закон отражения (reflection law):

3.1.3. Полное внутреннее отражение

При переходе из более плотной среды в менее плотную , при некоторомугле падениясинусугла преломленияпозакону преломлениядолжен быть больше единицы, в таком случае преломления не происходит, а происходитполное внутреннее отражение(ПВО, entire inner reflection). Условие:

3.2. Формулы Френеля. Соотношение между амплитудами падающих, преломленных и отраженных волн

3.2.1. Формулы Френеля

Рассмотрим границу раздела двух сред с показателями преломления и. Разложимэлектрический векторпадающей плоской волнына две составляющих: одна лежит в плоскости падения (), другая перпендикулярна плоскости падения (и плоскости рисунка) ().

Формулы Френеля, для амплитуд прошедшей,и отраженной,волн соответственно:

или

3.2.2. Распределение энергии между отраженным и преломленным полями

Коэффициент отраженияпоказывает, какая часть энергии отражается по отношению к падающей:

Коэффициент пропускания показывает, какая часть энергии проходит по отношению к падающей:

В сумме коэффициенты отражения и пропускания равны единице:

Коэффициенты отражения и пропускания зависятот направления поляризации падающейволны:,

3.3. Различные случаи падения и отражения света

3.3.1. Нормальное падение.При нормальном падении . Тогда:,

3.3.2. Угол Брюстера.Угол, прикотором происходит полная поляризация при отражении, называетсяуглом Брюстера:

График зависимости коэффициентов отражения для TM и TE поляризованного света от угла падения Индекс обозначает такое состояние поляризации света, при которомэлектрический векторперпендикулярен плоскости падения (), а– состояние поляризации, при котором электрический вектор лежит в плоскости падения (). График показывает, что граница раздела двух сред оказывает наиболее сильное влияние на поляризацию падающего света дляуглов падения, близких к углу Брюстера.