Yansıma ve Fresnel Denklemleri
Fresnel denklemleri, bir arayüzde yansıyan ve iletilen ışığın oranını, polarizasyon ve geliş açısının bir fonksiyonu olarak vermektedir.
Tanım
Elektromanyetik sınır koşullarından türetilen, her polarizasyon ve geliş açısı için bir arayüzde yansıyan ve iletilen dalgaların genliklerini ve fazlarını belirleyen ilişkiler kümesidir.
Kapsam
Bu konu, ışığın iki ortam arasındaki sınırda ne olduğunu kapsamaktadır. Elektromanyetik alanlardaki sınır koşullarından genlik yansıma ve iletim katsayılarının türetilmesini, geliş düzlemine paralel ve dik olan iki polarizasyon bileşeninin ayrı davranışlarını, yoğunluktaki yansıtma ve geçirgenliği, yansıyan dalganın tamamen polarize olduğu Brewster açısını, tam iç yansımayı ve buna eşlik eden sönümlenen dalgayı (evanescent wave) ve faz kaymasını, ayrıca normal gelişin özel durumunu içermektedir. Polarizasyonu, günlük yansıma olaylarına bağlamaktadır.
Temel sorular
- Bir arayüzde ışığın ne kadarı yansır ve bu, açıya nasıl bağlıdır?
- İki polarizasyon bileşeni neden farklı yansır?
- Brewster açısı nedir ve orada yansıyan ışık neden tamamen polarizedir?
- Tam iç yansıma açısında ve ötesinde ne olur?
Anahtar kavramlar
- Fresnel denklemleri
- yansıma katsayısı
- iletim katsayısı
- yansıtma ve geçirgenlik
- geliş düzlemi
- Brewster açısı
- tam iç yansıma
- sönümlenen dalga
Temel kuramlar
- Fresnel yansıma ve iletim katsayıları
- Bir arayüzde teğetsel elektrik ve manyetik alanların sürekliliğinin uygulanması, paralel ve dik polarizasyonlar için genlik yansıma ve iletim katsayılarını geliş açısı ve kırılma indislerinin bir fonksiyonu olarak veren Fresnel denklemlerini ortaya çıkarmaktadır.
- Brewster açısı ve yansımada polarizasyon
- Brewster açısında, paralel polarize yansıma ortadan kalkar, bu nedenle yansıyan ışık tamamen dik polarize olur; bu durum doğrudan Fresnel denklemlerinden kaynaklanmakta ve parlamanın polarizasyonunu açıklamaktadır.
Klinik önem
Fresnel yansıması, tıbbi optik sistemlerdeki lenslerin, fiberlerin ve doku arayüzlerinin yüzeylerinde kaybedilen ışığı yönetmektedir; bu durum, yansıma önleyici kaplamaları ve indeks eşleştirmeyi teşvik ederken, tam iç yansıma ise fiber optik endoskopların ve belirli biyosensörlerin temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Fresnel, yansıma ve iletim formüllerini 1820'lerin başında, ışığın enine dalga teorisinden türetmiştir; bu formüller, Malus ve Brewster'ın yansıma üzerinde gözlemlediği polarizasyon değişikliklerini açıklamaktadır. Maxwell'in elektromanyetik teorisi daha sonra alanlar üzerindeki sınır koşullarından kesin türetmeyi sağlamıştır.
Öne çıkan isimler
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- James Clerk Maxwell
İlgili konular
Temel eserler
- hecht2017
- bornwolf1999
Sıkça sorulan sorular
- Su veya yollardan gelen parlama neden polarizedir?
- Brewster açısına yakın yansıyan ışık, geliş düzlemindeki polarizasyon için güçlü bir şekilde bastırılır, bu da yansıyan parlamanın ağırlıklı olarak yüzeye paralel polarize kalmasına neden olur ve polarize edici filtreler bunu engelleyebilir.
- Tam iç yansıma, ikinci ortama herhangi bir ışık kaybına neden olur mu?
- Ortalama olarak hiçbir enerji iletilmez, ancak alan sınırda aniden durmaz; bir sönümlenen dalga (evanescent wave), bozunmadan önce ikinci ortama dalga boyunun bir kısmı kadar nüfuz eder ve bu durum algılama ve birleştirme uygulamalarında kullanılmaktadır.