Законы преломления электромагнитных волн

На границе раздела двух сред, кроме отраженной волны, возникает преломленная волна. Направление распространения преломленной волны не совпадает с направлением распространения падающей волны, однако между ними существует связь, определяемая законами преломления.

1. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, восстановленым в точке падения луча к границе раздела двух сред.

2. Отношение sin угла падения к sin угла преломления для данных двух сред есть величина постоянная, называемая показателем преломления второй среды относительно первой, т.е.
sinΘ1/sinΘ2 = n21 , где                                        (1)
Θ1 - угол падения;
Θ2 - угол преломления;
n21 - показатель преломления второй среды относительно первой.

Показатель преломления данного вещества по отношнию к вакууму называется абсолютным показателем преломления этого вещества.

При сравнении двух сред та из них, которая имеет больший абсолютный показатель преломления, называется оптически более плотной.

Физическое содержание показателя преломления вытекает из волновой теории электромагнитных волн. Согласно этой теории, абсолютный показатель преломления ( n ) равен отношению скорости распространения волн в вакууме ( с ) к скорости распространения волны ( v ) в данной среде, т.е. n = c/v

Рассмотрим два частных случая преломления и отражения плоских электромагнитных волн на плоской границе раздела двух идеальных диэлектриков.

1. При падении волны из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду может наблюдаться явление полного внутреннего отражения. Формула второго закона преломления (1) показывает, что по мере увеличения угла падения Θ1 увеличивается угол преломления Θ2. При некотором значении угла падения Θ10 угол преломления Θ2 = 90°. Следовательно, на основании закона преломления
sin Θ10 = 1/n                                        (2)

Полное внутреннее отражение наблюдается в том случае, когда лучи падают на границу раздела под углом, большим предельного (Θ1 > Θ10). Наименьший угол падения, при котором наступает полное внутреннее отражение, называют предельным углом полного отражения (Θ10). Величина предельного угла падения определяется по формуле (2).

Для количественной оценки интенсивности преломления волны используется коэффициент прохождения. Коэффициентом прохождения называют величину, равную отношению интенсивностей преломленной и падающей волн.

В общем случае, как и коэффициент отражения, коэффициент прохождения зависит от угла падения, параметров сред, длины и поляризации волны.

2. При падении вертикально (нормально) поляризованной электромагнитной волны из оптически менее плотной среды на границу раздела с оптически более плотной средой можно указать такой угол падения Θ0, при котором отраженная волна отсутствует. Падающая волна после преломления на границе раздела двух идеальных диэлектриков переходит в оптически более плотную среду. Угол Θ0 называют углом Брюстера или углом полного преломления. Величина угла Θ10 определяется из соотношения
tgΘ10 = n2/n1 = n12 , где                                        (3)
n12 - относительный показатель преломления.

При падении падающей волны под углом Брюстера сумма углов отражения (Θ3 = Θ0) и преломления Θ2 равна π/2, т.е. Θ3 + Θ2 = π/2.

В оптике угол полного преломления называют также углом полной поляризации, потому что при падении произвольно поляризованной волны на границу раздела под углом Θ0 отраженная волна будет горизонтально поляризованной. Вертикально поляризованная компонента падающей волны, преломившись, полностью проходит во вторую среду.

РадиоЭйр.ру рекомендует

Детская одежда Mayoral в интернет-магазине ДетвораШоп

Меню

Спонсоры

Ссылки