Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
2°. Отношение скорости света с в вакууме к фазовой скорости света v в среде:
п = - = Jzu. ~ Ve
V
называют абсолютным показателем преломления этой среды. Для любой среды, кроме вакуума, величина п зависит от частоты света и состояния среды (ее температуры, плотности и т. д.). Для разреженных сред (например, газов при нормальных условиях) п ~ I. В анизотропных средах абсолютный показатель преломления зависит также от направления распространения света и характера его поляризации. Для характеристики поглощающих сред вводят комплексный показатель преломления.
606
V.3. ПРОХОЖДЕНИЕ СВЕТА ЧЕРЕЗ ГРАНИЦУ ДВУХ СРЕД
Относительным показателем преломления п21 второй среды относительно первой называют отношение фазовых скоростей света U1 и V2, соответственно, в первой и второй средах:
п = = "2
п21 — — ’
V2 п J
где /I1 и Ti2 — абсолютные показатели преломления первой и второй сред. Если /I21 > 1, то вторую среду называют оптически более плотной, чем первую.
3°. Нижеприводимые формулы справедливы только для монохроматических волн, длины X которых во много раз больше межмолякулярных расстояний в среде. Для волн оптического диапазона это условие выполняется даже в случае не слишком сильно разряженных газов. Кроме того, предполагается, что среды однородны, изотропны и не поглощают свет. Наконец, среды, в которых "распространяются отраженная и преломленная волны, считаются полубесконечными, т. е. принимается, что на границе раздела сходятся только три волны — падающая, отраженная и преломленная (пре-небрегается многократным отражением).
4°. При падении световой волны на идеально плоскую границу раздела двух диэлектриков, размеры которой значительно превышают длину волны, угол между направлением распространения отраженной волны и нормалью к границе раздела i' (угол отражения) равен соответствующему углу для падающей волны і (закон отражения). Такое отражение называют зеркальным. Угол между направлением распространения преломленной волны и нормалью к границе раздела (угол преломления г) связан с углом падения і законом Снеллиуса (законом преломления):
sin І _ П2 _ „
—--- — — — «21»
Sm Г п J
где /I21 — относительный показатель преломления среды, в которой распространяется преломленный свет, относительной среды, в которой распространяется падающий свет.
5°. Если световая волна из оптически более плотной среды 1 падает на границу раздела с оптически менее
V.3.2. ОТРАЖ И ПРЕЛОМ. СВЕТА ДИЭЛЕКТРИКАМИ
607
плотной средой 2 (/I21 < 1), Tb при углах падения і > іпр, где sin іпр = /г21, преломленная волна отсутствует, и свет полностью отражается от оптически менее плотной среды. Это явление называют полным внутренним отражением. Угол іпр называют предельным (критическим) углом полного внутреннего отражения. При полном внутреннем отражении электромагнитное поле световой волны частично заходит во вторую среду. Однако амплитуды векторов E и H поля во второй среде очень быстро убывают (по экспоненциальному закону) по мере удаления от поверхности раздела. Глубина проникновения сколько-нибудь заметного поля во вторую среду имеет величину порядка длины волны света. Поток энергии из первой среды во вторую в среднем равен нулю, так что энергия падающей электромагнитной волны полностью возвращается в первую среду.
6°. Величину R, равную отношению интенсивностей отраженной и падающей волн, называют коэффициентом отражения. Величину Т, равную отношению интенсивностей преломленной и падающей волн, называют коэффициентом пропускания. Для отражения и преломления света на границе раздела двух прозрачных сред (не поглощающих свет) R + T = I. В случае полного внутреннего отражения R = IhT = O.
7°. При падении под углом і на плоскую границу раздела двух сред плоской неполяризованной (естественный свет) световой волны коэффициент отражения
R = 1 Г Sin2 (і-г) + tg2(i-r) "I 2 L sin2 (і + г) tg2(i + r)J’
где г — угол преломления. Если /I21 < 1, то предполагается, что і < iDp. В случае і = г = 0 (нормальное падение света)
где /I21 — относительный показатель преломления.
8°. При падении на плоскую границу раздела линей-чо поляризованной плоской волны вектор E которой колеблется в плоскости падения (р-волна), амплитуды
векторов E в отраженной (ар ) и преломленной (ар ) вол-
608
V3. ПРОХОЖДЕНИЕ СВЕТА ЧЕРЕЗ ГРАНИЦУ ДВУХ СРЕД
нах связаны с амплитудой вектора E в падающей волне (йр ) соотношениями (формулы Френеля для р-волны)'.
а = —а° ьё(1~г) ad = а° 2 cos і sin г
P ptg(i + r)’ P р sin (і + г)cos (і - г) '
Если /I21 <¦ 1, то предполагается, что і < ?пр.
В этих формулах агр — величина алгебраическая в
Od
отличие от ар и ар , которые всегда положительны. Если ар О, то отражение происходит без изменения фазы колебаний вектора E (соответственно фаза вектора H изменяется на Ti); если ар > 0, то при отражении фаза
вектора E изменяется на к (соответственно фаза вектора H сохраняется).
Коэффициент отражения для р-волны:
R = tg2(i-r) _ р tg2(i + r)
9°. При падении на границу раздела линейно поля-ризованной плоской волны, в которой вектор E колеблется в плоскости, перпендикулярной к плоскости па-/ \ г d О
