परावर्तन और फ़्रेज़नेल समीकरण

फ़्रेज़नेल समीकरण ध्रुवीकरण और आपतन कोण के एक फलन के रूप में एक इंटरफ़ेस पर परावर्तित और प्रेषित प्रकाश के अंश को दर्शाते हैं।

Definition

विद्युत चुम्बकीय सीमा शर्तों से व्युत्पन्न संबंधों का वह समूह, जो प्रत्येक ध्रुवीकरण और आपतन कोण के लिए एक इंटरफ़ेस पर परावर्तित और प्रेषित तरंगों के आयामों और चरणों को निर्धारित करता है।

Scope

यह विषय बताता है कि दो माध्यमों के बीच की सीमा पर प्रकाश का क्या होता है। इसमें विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों पर सीमा शर्तों से आयाम परावर्तन और संचरण गुणांकों की व्युत्पत्ति, आपतन के तल के समानांतर और लंबवत दो ध्रुवीकरण घटकों का अलग-अलग व्यवहार, तीव्रता में परावर्तन और संचरण, ब्रूस्टर का कोण जिस पर परावर्तित तरंग पूरी तरह से ध्रुवीकृत होती है, पूर्ण आंतरिक परावर्तन और इसके साथ आने वाली क्षणभंगुर तरंग (evanescent wave) और चरण बदलाव, और सामान्य आपतन का विशेष मामला शामिल है। यह ध्रुवीकरण को परावर्तन की रोजमर्रा की घटनाओं से जोड़ता है।

Core questions

• एक इंटरफ़ेस पर प्रकाश का कितना अंश परावर्तित होता है और यह कोण पर कैसे निर्भर करता है?
• दो ध्रुवीकरण घटक अलग-अलग क्यों परावर्तित होते हैं?
• ब्रूस्टर का कोण क्या है और वहां परावर्तित प्रकाश पूरी तरह से ध्रुवीकृत क्यों होता है?
• पूर्ण आंतरिक परावर्तन के कोण पर और उससे आगे क्या होता है?

Key concepts

• फ़्रेज़नेल समीकरण
• परावर्तन गुणांक
• संचरण गुणांक
• परावर्तन और संचरण
• आपतन का तल
• ब्रूस्टर का कोण
• पूर्ण आंतरिक परावर्तन
• क्षणभंगुर तरंग (evanescent wave)

Key theories

फ़्रेज़नेल परावर्तन और संचरण गुणांक

एक इंटरफ़ेस पर स्पर्शरेखीय विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की निरंतरता को लागू करने से फ़्रेज़नेल समीकरण प्राप्त होते हैं, जो आपतन कोण और अपवर्तक सूचकांकों के फलन के रूप में समानांतर और लंबवत ध्रुवीकरणों के लिए आयाम परावर्तन और संचरण गुणांक देते हैं।

ब्रूस्टर का कोण और परावर्तन पर ध्रुवीकरण

ब्रूस्टर के कोण पर समानांतर-ध्रुवीकृत परावर्तन समाप्त हो जाता है, इसलिए परावर्तित प्रकाश पूरी तरह से लंबवत-ध्रुवीकृत होता है; यह सीधे फ़्रेज़नेल समीकरणों से प्राप्त होता है और चमक के ध्रुवीकरण की व्याख्या करता है।

Clinical relevance

फ़्रेज़नेल परावर्तन चिकित्सा ऑप्टिकल प्रणालियों में लेंस, फाइबर और ऊतक इंटरफेस की सतहों पर खोए हुए प्रकाश को नियंत्रित करता है, जो एंटी-रिफ्लेक्शन कोटिंग्स और इंडेक्स मैचिंग को प्रेरित करता है, जबकि पूर्ण आंतरिक परावर्तन फाइबर-ऑप्टिक एंडोस्कोप और कुछ बायोसेन्सरों का आधार है।

History

फ़्रेज़नेल ने 1820 के दशक की शुरुआत में प्रकाश के अपने अनुप्रस्थ-तरंग सिद्धांत से अपने परावर्तन और संचरण सूत्रों को व्युत्पन्न किया, जिसमें मैलस और ब्रूस्टर द्वारा परावर्तन पर देखे गए ध्रुवीकरण परिवर्तनों का हिसाब था। मैक्सवेल के विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत ने बाद में क्षेत्रों पर सीमा शर्तों से कठोर व्युत्पत्ति प्रदान की।

Key figures

• Augustin-Jean Fresnel
• David Brewster
• James Clerk Maxwell

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

पानी या सड़कों से चमक ध्रुवीकृत क्यों होती है?

ब्रूस्टर के कोण के पास परावर्तित प्रकाश आपतन के तल में ध्रुवीकरण के लिए दृढ़ता से दबा दिया जाता है, जिससे परावर्तित चमक मुख्य रूप से सतह के समानांतर ध्रुवीकृत रहती है, जिसे ध्रुवीकरण फिल्टर तब अवरुद्ध कर सकते हैं।

क्या पूर्ण आंतरिक परावर्तन दूसरे माध्यम में कोई प्रकाश खो देता है?

औसतन कोई ऊर्जा संचारित नहीं होती है, लेकिन क्षेत्र सीमा पर अचानक नहीं रुकता है; एक क्षणभंगुर तरंग (evanescent wave) क्षय होने से पहले दूसरे माध्यम में तरंग दैर्ध्य के एक अंश तक प्रवेश करती है, जिसका उपयोग संवेदन और युग्मन अनुप्रयोगों में किया जाता है।