การสะท้อนและสมการของแฟรแนล
สมการของแฟรแนลแสดงสัดส่วนของแสงที่สะท้อนและส่งผ่านที่รอยต่อของตัวกลาง โดยเป็นฟังก์ชันของการโพลาไรซ์และมุมตกกระทบ
Definition
ชุดความสัมพันธ์ที่ได้มาจากเงื่อนไขขอบเขตทางแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งกำหนดแอมพลิจูดและเฟสของคลื่นสะท้อนและคลื่นส่งผ่านที่รอยต่อสำหรับแต่ละการโพลาไรซ์และมุมตกกระทบ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมสิ่งที่เกิดขึ้นกับแสงที่บริเวณรอยต่อระหว่างตัวกลางสองชนิด รวมถึงการหาสัมประสิทธิ์การสะท้อนและการส่งผ่านของแอมพลิจูดจากเงื่อนไขขอบเขตของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า พฤติกรรมที่แตกต่างกันขององค์ประกอบการโพลาไรซ์สองส่วนที่ขนานและตั้งฉากกับระนาบการตกกระทบ ค่าการสะท้อนและค่าการส่งผ่านในรูปของความเข้ม มุมของบรูสเตอร์ที่คลื่นสะท้อนมีการโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์ การสะท้อนกลับหมดและการเกิดคลื่นเอวาเนสเซนต์และการเปลี่ยนเฟสที่มาพร้อมกัน และกรณีพิเศษของการตกกระทบตั้งฉาก หัวข้อนี้เชื่อมโยงการโพลาไรซ์เข้ากับปรากฏการณ์การสะท้อนในชีวิตประจำวัน
Core questions
- แสงส่วนใดที่สะท้อนที่รอยต่อ และขึ้นอยู่กับมุมอย่างไร?
- เหตุใดองค์ประกอบการโพลาไรซ์ทั้งสองจึงสะท้อนแตกต่างกัน?
- มุมของบรูสเตอร์คืออะไร และเหตุใดแสงสะท้อนที่นั่นจึงมีการโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์?
- เกิดอะไรขึ้นที่และเกินกว่ามุมของการสะท้อนกลับหมด?
Key concepts
- สมการของแฟรแนล
- สัมประสิทธิ์การสะท้อน
- สัมประสิทธิ์การส่งผ่าน
- ค่าการสะท้อนและค่าการส่งผ่าน
- ระนาบการตกกระทบ
- มุมของบรูสเตอร์
- การสะท้อนกลับหมด
- คลื่นเอวาเนสเซนต์
Key theories
- สัมประสิทธิ์การสะท้อนและการส่งผ่านของแฟรแนล
- การประยุกต์ใช้ความต่อเนื่องของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในแนวสัมผัสที่รอยต่อทำให้ได้สมการของแฟรแนล ซึ่งให้สัมประสิทธิ์การสะท้อนและการส่งผ่านของแอมพลิจูดสำหรับการโพลาไรซ์แบบขนานและตั้งฉาก โดยเป็นฟังก์ชันของมุมตกกระทบและดัชนีหักเห
- มุมของบรูสเตอร์และการโพลาไรซ์จากการสะท้อน
- ที่มุมของบรูสเตอร์ การสะท้อนของการโพลาไรซ์แบบขนานจะหายไป ดังนั้นแสงสะท้อนจึงมีการโพลาไรซ์แบบตั้งฉากอย่างสมบูรณ์ ซึ่งเป็นผลโดยตรงจากสมการของแฟรแนลและอธิบายการโพลาไรซ์ของแสงจ้า
Clinical relevance
การสะท้อนของแฟรแนลควบคุมการสูญเสียแสงที่พื้นผิวของเลนส์ เส้นใย และรอยต่อของเนื้อเยื่อในระบบทัศนศาสตร์ทางการแพทย์ ซึ่งเป็นแรงจูงใจในการพัฒนาสารเคลือบป้องกันการสะท้อนและการจับคู่ดัชนี ในขณะที่การสะท้อนกลับหมดเป็นพื้นฐานของกล้องเอนโดสโคปแบบไฟเบอร์ออปติกและไบโอเซนเซอร์บางชนิด
History
แฟรแนลได้มาจากสูตรการสะท้อนและการส่งผ่านของเขาในช่วงต้นทศวรรษ 1820 จากทฤษฎีคลื่นตามขวางของแสง โดยอธิบายการเปลี่ยนแปลงการโพลาไรซ์ที่มาลุสและบรูสเตอร์สังเกตเห็นจากการสะท้อน ต่อมาทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ได้ให้การหาสมการที่เข้มงวดจากเงื่อนไขขอบเขตของสนาม
Key figures
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- James Clerk Maxwell
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- เหตุใดแสงจ้าจากน้ำหรือถนนจึงมีการโพลาไรซ์?
- แสงที่สะท้อนใกล้กับมุมของบรูสเตอร์จะถูกลดทอนอย่างมากสำหรับการโพลาไรซ์ในระนาบการตกกระทบ ทำให้แสงจ้าที่สะท้อนส่วนใหญ่มีการโพลาไรซ์ขนานกับพื้นผิว ซึ่งตัวกรองโพลาไรซ์สามารถสกัดกั้นได้
- การสะท้อนกลับหมดทำให้สูญเสียแสงเข้าสู่ตัวกลางที่สองหรือไม่?
- โดยเฉลี่ยแล้วไม่มีพลังงานถูกส่งผ่าน แต่สนามไม่ได้หยุดลงอย่างกะทันหันที่ขอบเขต คลื่นเอวาเนสเซนต์จะแทรกซึมเข้าไปในตัวกลางที่สองเป็นเศษส่วนของความยาวคลื่นก่อนที่จะสลายไป ซึ่งถูกนำไปใช้ประโยชน์ในการตรวจจับและการเชื่อมต่อ