Reflexión, Refracción y Dispersión
En las interfaces, las ondas electromagnéticas se reflejan y refractan siguiendo las ecuaciones de Fresnel, y en los medios su velocidad varía con la frecuencia, causando dispersión.
Definition
El estudio de cómo las ondas electromagnéticas se dividen en partes reflejadas y transmitidas en una interfaz, gobernado por la continuidad de los campos, y cómo la velocidad de la onda y el índice de refracción dependen de la frecuencia, produciendo dispersión y la separación de las velocidades de fase y grupo.
Scope
Este tema abarca el comportamiento de las ondas electromagnéticas en los límites entre medios: las leyes de reflexión y refracción (ley de Snell), las ecuaciones de Fresnel para amplitudes e intensidades, el ángulo de Brewster y la reflexión interna total, y la dependencia de la frecuencia del índice de refracción (dispersión) con sus velocidades de fase y grupo asociadas y la absorción. Conecta la óptica macroscópica de las interfaces con las condiciones de contorno electromagnéticas.
Core questions
- ¿Cómo se determinan las direcciones y amplitudes de las ondas reflejadas y refractadas?
- ¿Qué son el ángulo de Brewster y la reflexión interna total?
- ¿Por qué el índice de refracción depende de la frecuencia y qué es la dispersión?
Key concepts
- Ley de Snell
- Ecuaciones de Fresnel
- Ángulo de Brewster
- Reflexión interna total
- Índice de refracción
- Dispersión
- Velocidad de fase
- Velocidad de grupo
Key theories
- Ecuaciones de Fresnel y ley de Snell
- La igualación de los campos a través de una interfaz da la ley de Snell para el ángulo de refracción y las ecuaciones de Fresnel para las amplitudes reflejadas y transmitidas, incluyendo efectos dependientes de la polarización como el ángulo de Brewster.
- Dispersión y el índice dependiente de la frecuencia
- Debido a que la respuesta de un medio depende de la frecuencia, el índice de refracción y la velocidad de la onda varían con la frecuencia, separando la velocidad de fase y de grupo y produciendo dispersión y absorción dependiente de la frecuencia.
Clinical relevance
Estos principios rigen las lentes, los prismas, los recubrimientos antirreflectantes, las fibras ópticas que dependen de la reflexión interna total, la gestión de la dispersión en las comunicaciones y el análisis espectroscópico utilizado en toda la ciencia y la medicina.
History
La ley de refracción de Snell se estableció en el siglo XVII, y Fresnel derivó las relaciones de amplitud de la teoría ondulatoria en la década de 1820. Brewster identificó el ángulo polarizador, y la dispersión se explicó electromagnéticamente una vez que se comprendió la dependencia de la respuesta de un medio con la frecuencia.
Key figures
- Augustin-Jean Fresnel
- Willebrord Snellius
- David Brewster
Related topics
Seminal works
- born1999
- jackson1998
Frequently asked questions
- ¿Por qué un prisma divide la luz blanca en colores?
- El índice de refracción del vidrio varía con la frecuencia (dispersión), por lo que los diferentes colores se refractan en diferentes ángulos en las superficies del prisma y emergen a lo largo de trayectorias separadas.
- ¿Qué es la reflexión interna total?
- Cuando una onda viaja de un medio más denso a uno menos denso más allá de un ángulo crítico, no se transmite luz y toda ella se refleja; esto confina la luz en las fibras ópticas.