ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА (ФОРМУЛЫ ФРЕНЕЛЯ)
Рассмотрим луч света, падающий на границу раздела двух сред: стекла с коэффициентом преломления n=1,5 и воздуха с коэффициентом преломления n=1. Часть света будет отражаться от границы раздела сред, а часть света будет проходить через границу, испытывая преломление. Суммарная энергия отраженного и преломленного луча в точности равна энергии падающего луча, но соотношение интенсивностей этих лучей будет зависеть от разницы показателей преломления сред, угла падения и поляризации падающего луча. Приведённые ниже видео-анимации демонстрируют четыре возможных способа прохождения луча через границу двух сред.
Поляризация называется параллельной, если вектор электрического поля E лежит в плоскости падающего луча и нормали к границе раздела сред (см. рисунок ниже). В противном случае поляризация называется перпендикулярной.
Согласно
формуле Френеля угол падения луча q1,
угол отражения q2
и угол преломления q3
связаны следующими уравнениями:
q1 = q2
n1sinq1 = n2sinq3
Отражательная способность границы раздела сред для лучей с параллельной и перпендикулярной поляризацией R|| и R^, а также пропускательная способность границы сред T|| и T^ описывается выражениями:
Для луча, падающего нормально к границе раздела, исчезает различие между перпендикулярной и параллельной компонентами, т.е.
На рисунках ниже показан график зависимости отражательной и пропускательной способности границы раздела сред R и T от угла падения:
Мы можем видеть из приведённых здесь графиков и анимаций, что для луча, распространяющегося из стекла в воздух, существует угол полного внутреннего отражения qTIR. Это означает, что при углах падения больших qTIR (42° для границы между стеклом и воздухом) луч не будет проходить через границу сред и будет полностью отражаться внутри среды падения. Этот эффект используется в частности для передачи света по волоконным световодам на большие расстояния с очень малым коэффициентом затухания.
qTIR = arcsin(n2/n1), n1 > n2
Из графиков также видно, что для света, распространяющегося из воздуха в стекло, имеется угол qBR, при котором составляющая с параллельной поляризацией не будет отражаться от границы раздела сред, в то врем как интенсивность отражённого света с перпендикулярной поляризацией отлична от нуля. Этот угол называется углом Брюстера. Величина угла Брюстера для границы раздела воздух-стекло составляет величину, равную примерно 56°40' . Этот эффект используется в лазерах, а также для создания оптических поляризаторов.
qBR = arctg(n2/n1), n1 < n2
