Reflexão e as Equações de Fresnel

As equações de Fresnel fornecem a fração de luz refletida e transmitida numa interface em função da polarização e do ângulo de incidência.

Definition

O conjunto de relações, derivadas das condições de contorno eletromagnéticas, que determinam as amplitudes e fases das ondas refletidas e transmitidas numa interface para cada polarização e ângulo de incidência.

Scope

Este tópico aborda o que acontece com a luz na fronteira entre dois meios. Inclui a derivação dos coeficientes de reflexão e transmissão de amplitude a partir das condições de contorno nos campos eletromagnéticos, o comportamento separado dos dois componentes de polarização paralelos e perpendiculares ao plano de incidência, a refletância e transmitância em intensidade, o ângulo de Brewster no qual a onda refletida é totalmente polarizada, a reflexão interna total e a onda evanescente e o desvio de fase que a acompanham, e o caso especial de incidência normal. Conecta a polarização aos fenómenos quotidianos da reflexão.

Core questions

• Que fração de luz é refletida numa interface e como isso depende do ângulo?
• Por que os dois componentes de polarização refletem de forma diferente?
• O que é o ângulo de Brewster e por que a luz refletida é totalmente polarizada nesse ângulo?
• O que acontece no e além do ângulo de reflexão interna total?

Key concepts

• equações de Fresnel
• coeficiente de reflexão
• coeficiente de transmissão
• refletância e transmitância
• plano de incidência
• ângulo de Brewster
• reflexão interna total
• onda evanescente

Key theories

Coeficientes de reflexão e transmissão de Fresnel

A aplicação da continuidade dos campos elétricos e magnéticos tangenciais numa interface produz as equações de Fresnel, fornecendo os coeficientes de reflexão e transmissão de amplitude para as polarizações paralela e perpendicular como funções do ângulo de incidência e dos índices de refração.

Ângulo de Brewster e polarização na reflexão

No ângulo de Brewster, a reflexão polarizada paralelamente desaparece, de modo que a luz refletida é completamente polarizada perpendicularmente; isso decorre diretamente das equações de Fresnel e explica a polarização do brilho.

Clinical relevance

A reflexão de Fresnel governa a luz perdida nas superfícies de lentes, fibras e interfaces de tecido em sistemas óticos médicos, motivando revestimentos antirreflexo e correspondência de índice, enquanto a reflexão interna total é a base de endoscópios de fibra ótica e certos biossensores.

History

Fresnel derivou as suas fórmulas de reflexão e transmissão no início da década de 1820 a partir da sua teoria da luz como onda transversal, explicando as mudanças de polarização que Malus e Brewster tinham observado na reflexão. A teoria eletromagnética de Maxwell forneceu mais tarde a derivação rigorosa a partir das condições de contorno nos campos.

Key figures

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

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

Por que o brilho da água ou das estradas é polarizado?

A luz que reflete perto do ângulo de Brewster é fortemente suprimida para a polarização no plano de incidência, deixando o brilho refletido predominantemente polarizado paralelamente à superfície, o que os filtros polarizadores podem então bloquear.

A reflexão interna total perde alguma luz para o segundo meio?

Nenhuma energia é transmitida em média, mas o campo não para abruptamente na fronteira; uma onda evanescente penetra uma fração de um comprimento de onda no segundo meio antes de decair, o que é explorado em aplicações de deteção e acoplamento.