Reflexión y las ecuaciones de Fresnel
Las ecuaciones de Fresnel proporcionan la fracción de luz reflejada y transmitida en una interfaz en función de la polarización y el ángulo de incidencia.
Definition
El conjunto de relaciones, derivadas de las condiciones de contorno electromagnéticas, que determinan las amplitudes y fases de las ondas reflejadas y transmitidas en una interfaz para cada polarización y ángulo de incidencia.
Scope
Este tema cubre lo que le sucede a la luz en el límite entre dos medios. Incluye la derivación de los coeficientes de reflexión y transmisión de amplitud a partir de las condiciones de contorno en los campos electromagnéticos, el comportamiento separado de los dos componentes de polarización paralelos y perpendiculares al plano de incidencia, la reflectancia y la transmitancia en intensidad, el ángulo de Brewster en el que la onda reflejada está completamente polarizada, la reflexión interna total y la onda evanescente y el cambio de fase que la acompañan, y el caso especial de incidencia normal. Conecta la polarización con los fenómenos cotidianos de la reflexión.
Core questions
- ¿Qué fracción de luz se refleja en una interfaz y cómo depende del ángulo?
- ¿Por qué los dos componentes de polarización se reflejan de manera diferente?
- ¿Qué es el ángulo de Brewster y por qué la luz reflejada está completamente polarizada allí?
- ¿Qué sucede en y más allá del ángulo de reflexión interna total?
Key concepts
- ecuaciones de Fresnel
- coeficiente de reflexión
- coeficiente de transmisión
- reflectancia y transmitancia
- plano de incidencia
- ángulo de Brewster
- reflexión interna total
- onda evanescente
Key theories
- Coeficientes de reflexión y transmisión de Fresnel
- La aplicación de la continuidad de los campos eléctricos y magnéticos tangenciales en una interfaz produce las ecuaciones de Fresnel, que proporcionan los coeficientes de reflexión y transmisión de amplitud para las polarizaciones paralelas y perpendiculares en función del ángulo de incidencia y los índices de refracción.
- Ángulo de Brewster y polarización en la reflexión
- En el ángulo de Brewster, la reflexión polarizada paralela desaparece, por lo que la luz reflejada está completamente polarizada perpendicularmente; esto se deduce directamente de las ecuaciones de Fresnel y explica la polarización del resplandor.
Clinical relevance
La reflexión de Fresnel rige la luz perdida en las superficies de lentes, fibras e interfaces de tejidos en sistemas ópticos médicos, lo que motiva los recubrimientos antirreflectantes y la adaptación de índices, mientras que la reflexión interna total es la base de los endoscopios de fibra óptica y ciertos biosensores.
History
Fresnel derivó sus fórmulas de reflexión y transmisión a principios de la década de 1820 a partir de su teoría de la luz de onda transversal, explicando los cambios de polarización que Malus y Brewster habían observado en la reflexión. La teoría electromagnética de Maxwell proporcionó más tarde la derivación rigurosa a partir de las condiciones de contorno en los campos.
Key figures
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- James Clerk Maxwell
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Seminal works
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Frequently asked questions
- ¿Por qué el resplandor del agua o las carreteras está polarizado?
- La luz que se refleja cerca del ángulo de Brewster se suprime fuertemente para la polarización en el plano de incidencia, dejando el resplandor reflejado predominantemente polarizado paralelamente a la superficie, lo que los filtros polarizadores pueden bloquear.
- ¿La reflexión interna total pierde luz en el segundo medio?
- En promedio, no se transmite energía, pero el campo no se detiene abruptamente en el límite; una onda evanescente penetra una fracción de longitud de onda en el segundo medio antes de decaer, lo que se aprovecha en aplicaciones de detección y acoplamiento.