Refleksi, Refraksi, dan Dispersi

Pada antarmuka, gelombang elektromagnetik memantul dan membiaskan mengikuti persamaan Fresnel, dan dalam medium kecepatannya bervariasi dengan frekuensi, menyebabkan dispersi.

Definition

Studi tentang bagaimana gelombang elektromagnetik terbagi menjadi bagian yang dipantulkan dan ditransmisikan pada suatu antarmuka, diatur oleh kontinuitas medan, dan bagaimana kecepatan gelombang serta indeks bias bergantung pada frekuensi, menghasilkan dispersi dan pemisahan kecepatan fase dan grup.

Scope

Topik ini mencakup perilaku gelombang elektromagnetik pada batas antara medium: hukum refleksi dan refraksi (hukum Snell), persamaan Fresnel untuk amplitudo dan intensitas, sudut Brewster dan refleksi internal total, serta ketergantungan indeks bias pada frekuensi (dispersi) dengan kecepatan fase dan grup terkait serta absorpsi. Ini menghubungkan optik makroskopis antarmuka dengan kondisi batas elektromagnetik.

Core questions

• Bagaimana arah dan amplitudo gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan ditentukan?
• Apa itu sudut Brewster dan refleksi internal total?
• Mengapa indeks bias bergantung pada frekuensi, dan apa itu dispersi?

Key concepts

• hukum Snell
• persamaan Fresnel
• sudut Brewster
• refleksi internal total
• indeks bias
• dispersi
• kecepatan fase
• kecepatan grup

Key theories

Persamaan Fresnel dan hukum Snell

Pencocokan medan melintasi antarmuka menghasilkan hukum Snell untuk sudut refraksi dan persamaan Fresnel untuk amplitudo yang dipantulkan dan ditransmisikan, termasuk efek yang bergantung pada polarisasi seperti sudut Brewster.

Dispersi dan indeks yang bergantung pada frekuensi

Karena respons medium bergantung pada frekuensi, indeks bias dan kecepatan gelombang bervariasi dengan frekuensi, memisahkan kecepatan fase dan grup serta menghasilkan dispersi dan absorpsi yang bergantung pada frekuensi.

Clinical relevance

Prinsip-prinsip ini mengatur lensa, prisma, lapisan anti-refleksi, serat optik yang mengandalkan refleksi internal total, manajemen dispersi dalam komunikasi, dan analisis spektroskopi yang digunakan di seluruh ilmu pengetahuan dan kedokteran.

History

Hukum refraksi Snell ditetapkan pada abad ketujuh belas, dan Fresnel menurunkan hubungan amplitudo dari teori gelombang pada tahun 1820-an. Brewster mengidentifikasi sudut polarisasi, dan dispersi dijelaskan secara elektromagnetik setelah ketergantungan respons medium terhadap frekuensi dipahami.

Key figures

• Augustin-Jean Fresnel
• Willebrord Snellius
• David Brewster

Seminal works

• born1999
• jackson1998

Frequently asked questions

Mengapa prisma memisahkan cahaya putih menjadi warna-warna?

Indeks bias kaca bervariasi dengan frekuensi (dispersi), sehingga warna yang berbeda membiaskan dengan sudut yang berbeda pada permukaan prisma dan muncul melalui jalur yang terpisah.

Apa itu refleksi internal total?

Ketika gelombang bergerak dari medium yang lebih padat ke medium yang kurang padat melampaui sudut kritis, tidak ada cahaya yang ditransmisikan dan semuanya dipantulkan; ini mengurung cahaya dalam serat optik.