Формулы Френеля

Переменные, используемые в уравнениях Френеля

Частичное пропускание и отражение амплитуды волны, бегущей в среде от низкого к высокому преломляющему индексу

Фо́рмулы Френе́ля определяют амплитуды и интенсивности преломлённой и отражённой электромагнитной волны при прохождении через плоскую границу раздела двух сред с разными показателями преломления. Названы в честь Огюста Френеля, французского физика, который их вывел. Отражение света, описываемое формулами Френеля, называется френелевским отражением.

Формулы Френеля справедливы в том случае, когда граница раздела двух сред гладкая, среды изотропны, угол отражения равняется углу падения, а угол преломления определяется законом Снеллиуса. В случае неровной поверхности, особенно когда характерные размеры неровностей одного порядка с длиной волны, большое значение имеет диффузное рассеяние света на поверхности.

При падении на плоскую границу различают две поляризации света. s-Поляризация — это поляризация света, для которой напряжённость электрического поля электромагнитной волны перпендикулярна плоскости падения (т.е. плоскости, в которой лежат и падающий, и отражённый луч). p-Поляризация — поляризация света, для которой вектор напряжённости электрического поля лежит в плоскости падения.

Формулы Френеля для s-поляризации и p-поляризации различаются. Поскольку свет с разными поляризациями по-разному отражается от поверхности, то отражённый свет всегда частично поляризован, даже если падающий свет неполяризован. Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера; он зависит от отношения показателей преломления сред, образующих границу раздела.

s-Поляризация

s-Поляризация — это поляризация света, для которой напряжённость электрического поля электромагнитной волны перпендикулярна плоскости падения (т.е. плоскости, в которой лежат и падающий, и отражённый луч).

$S = \frac{2}{1+\frac{\mu_1\mathrm{tg\,}\theta_i}{\mu_2\mathrm{tg\,}\theta_t}}P\rightarrow \frac{2\cos\theta_i\sin\theta_t}{\sin(\theta_i+\theta_t)}P, \qquad Q = \frac{1-\frac{\mu_1\mathrm{tg\,}\theta_i}{\mu_2\mathrm{tg\,}\theta_t}}{1+\frac{\mu_1\mathrm{tg\,}\theta_i}{\mu_2\mathrm{tg\,}\theta_t}}P\rightarrow -\frac{\sin(\theta_i-\theta_t)}{\sin(\theta_i+\theta_t)}P,$

где — угол падения, — угол преломления, — магнитная проницаемость среды, из которой падает волна, — магнитная проницаемость среды, в которую волна проходит, — амплитуда волны, которая падает на границу раздела, — амплитуда отражённой волны, — амплитуда преломлённой волны. В оптическом диапазоне частот с хорошей точностью и выражения упрощаются до указанных после стрелок^[1].

Углы падения и преломления для связаны между собой законом Снеллиуса

Отношение называется относительным показателем преломления двух сред.

Коэффициент отражения

Коэффициент пропускания

Обратите внимание, коэффициент пропускания не равен , так как волны одинаковой амплитуды в разных средах несут разную энергию.

p-Поляризация

p-Поляризация — поляризация света, для которой вектор напряжённости электрического поля лежит в плоскости падения.

где , и — амплитуды волны, которая падает на границу раздела, отражённой волны и преломлённой волны, соответственно, а выражения после стрелок вновь соответствуют случаю ^[1].

Коэффициент отражения

Коэффициент пропускания

Нормальное падение

В важном частном случае нормального падения света исчезает разница в коэффициентах отражения и пропускания для p- и s-поляризованных волн. Для нормального падения

Примечания

↑ ¹ ² Джексон Дж. Классическая электродинамика. М.: Мир, 1965

Литература

Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.. — Т. IV. Оптика.
Борн М., Вольф Э. Основы оптики. — «Наука», 1973.
Колоколов А. А. Формулы Френеля и принцип причинности // УФН. — 1999. — Т. 169. — С. 1025.

Это заготовка статьи по оптике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

Light-industry-up.ru

Экосистема промышленности

Публикации