การสะท้อน การหักเห และการกระจายของแสง
ที่รอยต่อ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะสะท้อนและหักเหตามสมการของแฟรแนล และในตัวกลาง ความเร็วของคลื่นจะแปรผันตามความถี่ ทำให้เกิดการกระจายของแสง
Definition
การศึกษาว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแยกออกเป็นส่วนที่สะท้อนและส่วนที่ส่งผ่านที่รอยต่อได้อย่างไร ซึ่งควบคุมโดยความต่อเนื่องของสนาม และความเร็วคลื่นและดัชนีหักเหขึ้นอยู่กับความถี่อย่างไร ทำให้เกิดการกระจายของแสงและการแยกความเร็วเฟสและความเร็วกลุ่ม
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมพฤติกรรมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่รอยต่อระหว่างตัวกลาง: กฎการสะท้อนและการหักเห (กฎของสเนลล์), สมการของแฟรแนลสำหรับแอมพลิจูดและความเข้ม, มุมของบรูสเตอร์และการสะท้อนกลับหมด, และการขึ้นกับความถี่ของดัชนีหักเห (การกระจายของแสง) พร้อมด้วยความเร็วเฟสและความเร็วกลุ่มที่เกี่ยวข้องและการดูดกลืนแสง หัวข้อนี้เชื่อมโยงทัศนศาสตร์มหภาคของรอยต่อเข้ากับเงื่อนไขขอบเขตทางแม่เหล็กไฟฟ้า
Core questions
- ทิศทางและแอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนและคลื่นหักเหถูกกำหนดได้อย่างไร?
- มุมของบรูสเตอร์และการสะท้อนกลับหมดคืออะไร?
- ทำไมดัชนีหักเหจึงขึ้นอยู่กับความถี่ และการกระจายของแสงคืออะไร?
Key concepts
- กฎของสเนลล์
- สมการของแฟรแนล
- มุมของบรูสเตอร์
- การสะท้อนกลับหมด
- ดัชนีหักเห
- การกระจายของแสง
- ความเร็วเฟส
- ความเร็วกลุ่ม
Key theories
- สมการของแฟรแนลและกฎของสเนลล์
- การจับคู่สนามที่รอยต่อทำให้ได้กฎของสเนลล์สำหรับมุมหักเหและสมการของแฟรแนลสำหรับแอมพลิจูดที่สะท้อนและส่งผ่าน รวมถึงผลกระทบที่ขึ้นกับโพลาไรเซชัน เช่น มุมของบรูสเตอร์
- การกระจายของแสงและดัชนีที่ขึ้นกับความถี่
- เนื่องจากการตอบสนองของตัวกลางขึ้นอยู่กับความถี่ ดัชนีหักเหและความเร็วคลื่นจึงแปรผันตามความถี่ ทำให้เกิดการแยกความเร็วเฟสและความเร็วกลุ่ม และทำให้เกิดการกระจายของแสงและการดูดกลืนแสงที่ขึ้นกับความถี่
Clinical relevance
หลักการเหล่านี้ควบคุมการทำงานของเลนส์ ปริซึม สารเคลือบป้องกันแสงสะท้อน ใยแก้วนำแสงที่อาศัยการสะท้อนกลับหมด การจัดการการกระจายของแสงในการสื่อสาร และการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิทยาศาสตร์และการแพทย์
History
กฎการหักเหของสเนลล์ได้รับการจัดตั้งขึ้นในศตวรรษที่ 17 และแฟรแนลได้มาจากความสัมพันธ์ของแอมพลิจูดจากทฤษฎีคลื่นในช่วงทศวรรษ 1820 บรูสเตอร์ได้ระบุมุมโพลาไรซ์ และการกระจายของแสงได้รับการอธิบายทางแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเข้าใจการขึ้นกับความถี่ของการตอบสนองของตัวกลาง
Key figures
- Augustin-Jean Fresnel
- Willebrord Snellius
- David Brewster
Related topics
Seminal works
- born1999
- jackson1998
Frequently asked questions
- ทำไมปริซึมจึงแยกแสงขาวออกเป็นสีต่างๆ?
- ดัชนีหักเหของแก้วแปรผันตามความถี่ (การกระจายของแสง) ดังนั้นสีที่ต่างกันจึงหักเหด้วยมุมที่ต่างกันที่พื้นผิวปริซึมและออกมาตามเส้นทางที่แยกจากกัน
- การสะท้อนกลับหมดคืออะไร?
- เมื่อคลื่นเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าเกินมุมวิกฤต จะไม่มีแสงถูกส่งผ่านและแสงทั้งหมดจะสะท้อนกลับ ซึ่งเป็นการกักเก็บแสงไว้ในใยแก้วนำแสง