Отражение, преломление и дисперсия
На границах раздела электромагнитные волны отражаются и преломляются в соответствии с уравнениями Френеля, а в средах их скорость изменяется в зависимости от частоты, вызывая дисперсию.
Definition
Изучение того, как электромагнитные волны разделяются на отраженную и прошедшую части на границе раздела, что регулируется непрерывностью полей, и как скорость волны и показатель преломления зависят от частоты, вызывая дисперсию и разделение фазовой и групповой скоростей.
Scope
Эта тема охватывает поведение электромагнитных волн на границах раздела сред: законы отражения и преломления (закон Снеллиуса), уравнения Френеля для амплитуд и интенсивностей, угол Брюстера и полное внутреннее отражение, а также частотную зависимость показателя преломления (дисперсию) с соответствующими фазовой и групповой скоростями и поглощением. Она связывает макроскопическую оптику границ раздела с электромагнитными граничными условиями.
Core questions
- Как определяются направления и амплитуды отраженных и преломленных волн?
- Что такое угол Брюстера и полное внутреннее отражение?
- Почему показатель преломления зависит от частоты, и что такое дисперсия?
Key concepts
- закон Снеллиуса
- уравнения Френеля
- угол Брюстера
- полное внутреннее отражение
- показатель преломления
- дисперсия
- фазовая скорость
- групповая скорость
Key theories
- Уравнения Френеля и закон Снеллиуса
- Согласование полей на границе раздела дает закон Снеллиуса для угла преломления и уравнения Френеля для отраженных и прошедших амплитуд, включая эффекты, зависящие от поляризации, такие как угол Брюстера.
- Дисперсия и частотно-зависимый показатель преломления
- Поскольку отклик среды зависит от частоты, показатель преломления и скорость волны изменяются с частотой, разделяя фазовую и групповую скорости и вызывая дисперсию и частотно-зависимое поглощение.
Clinical relevance
Эти принципы лежат в основе работы линз, призм, антибликовых покрытий, оптических волокон, использующих полное внутреннее отражение, управления дисперсией в коммуникациях и спектроскопического анализа, применяемого в науке и медицине.
History
Закон преломления Снеллиуса был установлен в семнадцатом веке, а Френель вывел соотношения амплитуд из волновой теории в 1820-х годах. Брюстер определил поляризационный угол, а дисперсия была объяснена электромагнитно после того, как была понята частотная зависимость отклика среды.
Key figures
- Augustin-Jean Fresnel
- Willebrord Snellius
- David Brewster
Related topics
Seminal works
- born1999
- jackson1998
Frequently asked questions
- Почему призма разделяет белый свет на цвета?
- Показатель преломления стекла изменяется с частотой (дисперсия), поэтому разные цвета преломляются под разными углами на поверхностях призмы и выходят по разделенным траекториям.
- Что такое полное внутреннее отражение?
- Когда волна распространяется из более плотной среды в менее плотную под углом, превышающим критический, свет не передается, и весь он отражается; это удерживает свет в оптических волокнах.