Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
2. Пусть две одинаковые среды разделены тонким воздушным промежутком, на который падает волна под углом, большим предельного. Можно ожидать (см. § 67), что она проникнет в воздушный зазор в виде неоднородной волны. При достаточно малой толщине зазора неоднородная волна достигнет его второй границы еще не очень сильно ослабленной. Вступив из воздушного зазора во вторую среду, волна снова превратится в однородную и может быть обнаружена обычными средствами. Опыт такого рода был Выполнен еще Ньютоном и рассматривался как экспериментальное Доказательство проникновения света в оптически менее плотную среду при полном отражении. (Строго говоря, здесь нет полного отражения: оно возмущено наличием второй среды.) Ньютон прижимал к гипотенузной грани прямоугольной призмы другую призму, 414
ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА
[Г Л'. V'
сошлифованную сферически (рис. 242). Оказалось, что свет проходит во вторую призму не только в месте соприкосновения (оптический контакт), но и в небольшом кольце вокруг него — там, где толщина воздушного промежутка сравнима с длиной волны. При наблюдении в белом свете внешний край кольца имел красноватую окраску. Этого и следовало ожидать, так А 4 как глубина проникновения пропорциональна
л —I--j- длине волны: для красных лучей она больше,
---V\l I чем ял я синих.
„-----„Si j Меняя толщину воздушного зазора, мож-
[\ і но изменять интенсивность проходящего све-
^_______та. На этом основано устройство светового
____I lXv телефона, запатентованного фирмой Цейсс.
j і \ Роль одной из сред играет прозрачная мем-і і брана, колеблющаяся под действием падаю-1 1 щего на нее звука. Свет, прошедший через
Рис. 242. зазор, меняет интенсивность в такт с измене-
ниями силы звука. Падая на фотоэлемент, он возбуждает переменный ток, сила которого изменяется также в соответствии с изменениями силы звука. Этот ток усиливается и используется в дальнейшем.
Явления прохождения волн через тонкие зазоры, аналогичные описанному, не специфичны для оптики. Они имеют место для волн любой природы и могут происходить, когда фазовая скорость в зазоре превосходит фазовую скорость в окружающих средах. Легче всего они реализуются для длинных волн (радиотехника, акустика). Особо важное значение эти явления приобрели в яііер-ной и атомной физике, а также в теории твердого тела. Об этом будет говориться в пятом томе нашего курса.
3. При обыкновенном отражении оба отношения RlISi и Я\\1Ш\\ всегда вещественны. При полном отражении они, вообще говоря, комплексны. Это значит, что при полном отражении фаза волны испытывает скачок, и притом, как правило, отличный от нуля или л. Пусть волна поляризована перпендикулярно к плоскости падения. Можно написать
cos ф + і )Ліп2ф-п2 = Ae16-L/2, где А и бх — величины вещественные. Тогда '
cos ф - і /sin^-n2 = Ае~'6-Jt ==
Ol
Отсюда видно, что бх и есть интересующий нас скачок фазы. Приравнивая вещественные и мнимые ласти, получим
б б A cos Y = cos ф, Л sin у = VrSini^ — /г2.
А I ¦ 4 і
l\ I ----и- I I I I I
I і і I \
I і I і
Рис. 242. 66]
ПОЛНОЕ ОТРАЖЕНИЕ
415
Отсюда _
t 6| /8іп*ф-„«
ь 2 cosq» v '
Аналогично, для волны, поляризованной в плоскости падения,
Ь g /sta»q,-/>» (66 4)
ь 2 п cos ф 4 '
Скачки фаз 6± и бц не одинаковы. Если падающая волна поляризована линейно, то в отраженной волне между Е\\ и Et возникнет определенная разность фаз. Поэтому отраженная волна будет, вообще говоря, поляризована эллиптически. Допустим, что между ?|: и ?j. в падающей волне нет разности фаз. Тогда разность фаз между ними в отраженной волне будет б = бц — 6j_. С помощью формул (66.3) и (66.4) найдем
¦ 6 COS ф/sin*ф-^ (66.5)
ь 2 Sin3 ф v '
Отсюда видно, что tg (6/2) > 0, т. е. б лежит в пределах от нуля до я. Значит, колебание Е\\ опережает по фазе колебание и эллиптическая поляризация отраженного света будет левой. Наоборот, если разность фаз между такими же колебаниями в падающей волне равна я, то эллиптическая поляризация отраженной волны будет правой.
Величина б обращается в нуль при ф = ф0 и ф = я/2. Между этими пределами она должна достигать максимума. Максимум достигается при совф = ]/^! — п2)/(1 + п2), максимальная разность фаз &т определяется уравнением
t^f= lST- -(66-6)
Для получения круговой поляризации отраженного света необходимо выполнение двух условий: 1) S\\ = ItzS1, 2) б = я/2 (см. § 62, пункт 4). Чтобы получить 8т = я/2, нужен показатель преломления, удовлетворяющий уравнению 1 = (1 — пг)12п. Отсюда п = У2—1=0,414. Показатель преломления оптически более плотной среды относительно менее плотной будет п' = 1 /п — 2,41. Если п' не меньше этого значения, то при однократном отражении Можно получить разность фаз б = 90°. В этом случае при S1 = &ц Поляризация отраженного света будет круговая и притом левая. В видимой области спектра такой большой показатель преломления имеет только алмаз (n' = 2,42). Для всех прочих сред п' <-2,41. Поэтому для видимого света получить разность фаз б = 90° при однократном отражении невозможно. На это возможно для коротких радиоволн. Для воды, например, п'=Yz0 = ^i n=\?\ 416
