Réflexion, Réfraction et Dispersion

Aux interfaces, les ondes électromagnétiques se réfléchissent et se réfractent selon les équations de Fresnel, et dans les milieux, leur vitesse varie avec la fréquence, provoquant la dispersion.

Definition

L'étude de la manière dont les ondes électromagnétiques se divisent en parties réfléchies et transmises à une interface, régie par la continuité des champs, et de la façon dont la vitesse de l'onde et l'indice de réfraction dépendent de la fréquence, produisant la dispersion et la séparation des vitesses de phase et de groupe.

Scope

Ce sujet couvre le comportement des ondes électromagnétiques aux frontières entre les milieux : les lois de la réflexion et de la réfraction (loi de Snell), les équations de Fresnel pour les amplitudes et les intensités, l'angle de Brewster et la réflexion interne totale, ainsi que la dépendance en fréquence de l'indice de réfraction (dispersion) avec ses vitesses de phase et de groupe associées et l'absorption. Il relie l'optique macroscopique des interfaces aux conditions aux limites électromagnétiques.

Core questions

• Comment sont déterminées les directions et les amplitudes des ondes réfléchies et réfractées ?
• Que sont l'angle de Brewster et la réflexion interne totale ?
• Pourquoi l'indice de réfraction dépend-il de la fréquence, et qu'est-ce que la dispersion ?

Key concepts

• loi de Snell
• équations de Fresnel
• angle de Brewster
• réflexion interne totale
• indice de réfraction
• dispersion
• vitesse de phase
• vitesse de groupe

Key theories

Équations de Fresnel et loi de Snell

L'ajustement des champs à travers une interface donne la loi de Snell pour l'angle de réfraction et les équations de Fresnel pour les amplitudes réfléchies et transmises, y compris les effets dépendant de la polarisation comme l'angle de Brewster.

Dispersion et indice dépendant de la fréquence

Parce que la réponse d'un milieu dépend de la fréquence, l'indice de réfraction et la vitesse de l'onde varient avec la fréquence, séparant la vitesse de phase et de groupe et produisant la dispersion et l'absorption dépendante de la fréquence.

Clinical relevance

Ces principes régissent les lentilles, les prismes, les revêtements antireflet, les fibres optiques reposant sur la réflexion interne totale, la gestion de la dispersion dans les communications et l'analyse spectroscopique utilisée dans l'ensemble de la science et de la médecine.

History

La loi de Snell sur la réfraction a été établie au XVIIe siècle, et Fresnel a dérivé les relations d'amplitude de la théorie des ondes dans les années 1820. Brewster a identifié l'angle de polarisation, et la dispersion a été expliquée électromagnétiquement une fois que la dépendance en fréquence de la réponse d'un milieu a été comprise.

Key figures

• Augustin-Jean Fresnel
• Willebrord Snellius
• David Brewster

Seminal works

• born1999
• jackson1998

Frequently asked questions

Pourquoi un prisme décompose-t-il la lumière blanche en couleurs ?

L'indice de réfraction du verre varie avec la fréquence (dispersion), de sorte que les différentes couleurs se réfractent selon des angles différents aux surfaces du prisme et émergent le long de chemins séparés.

Qu'est-ce que la réflexion interne totale ?

Lorsqu'une onde se propage d'un milieu plus dense vers un milieu moins dense au-delà d'un angle critique, aucune lumière n'est transmise et toute la lumière est réfléchie ; cela confine la lumière dans les fibres optiques.