Изменение фазы световой волны при отражении

Глава: Волновая оптика.

Световая волна.

Многообразие действия света связаны с электрическим полем электрической волны.

Запишем для электрического поля плоской электромагнитной волны, распространяющегося вдоль оси

.

Обозначим:

.

Спроецируем  на направление, вдоль которого совершает колебания вектор напряженности

.

 

 

Обозначим:

,

.

Это уравнение плоской монохроматической световой волны (плоской световой волны).

Здесь:

 - световой вектор,

 - амплитуда светового вектора,

 - циклическая (круговая) частота световой волны,

 - волновое число световой волны,

 - расстояние, которое прошла световая волна до некоторой точки, отсчитанное вдоль направления распространения волны,

 - начальная фаза источника колебаний,

 - фаза колебаний светового вектора.

В однородной и изотропной среде плоская световая волна распространяется вдоль прямой линии, которая называется лучом.

Скорость световой волны называется скоростью света

.

Вакуум (воздух):

.

Среда:

,

.

Абсолютным показателем преломления среды называется отношение скорости световой волны в вакууме к скорости световой волны в среде.

.

Запишем:

.

Среда, в которой распространяется световая волна, называется прозрачной.

Для прозрачных сред: .

Среда называется оптически однородной и изотропной, если во всех точках среды выполняется условие

.

Для вакуума (воздуха): .

Рассмотрим две оптические прозрачные среды с абсолютными показателями преломления . Поверхность соприкосновения сред  называется границей раздела сред.

Если , то среда 1 называется оптически более плотной, а среда 2 оптически менее плотной.

 

Длина световой волны.

Опыт дает, что частота колебаний светового вектора не изменяется, когда световая волна переходит из одной среды в другую.

Пусть - длина световой волны в вакууме,

- длина световой волны в среде с абсолютным показателем преломления .

,

.

Интенсивность световой волны (света).

,

, .

Изменение фазы световой волны при отражении.

Пусть на границу двух оптически прозрачных сред с абсолютными показателямипреломления  нормально падает плоская световая волна. На рисунке указаны направления луча  и векторов  электромагнитного поля волны.

 

Выберем ось  как показано на рисунке.

Обозначим:

 - световой вектор падающей волны,

 - световой вектор отраженной волны,

- световой вектор преломленной волны,

- проекции световых векторов на ось .

Расчет дает следующие соотношения

,

.

Рассмотрим два возможных случая.

 

В этом случае проекции  имеют одинаковый знак. Следовательно, вектор  имеет такое же направление, как и вектор .

Колебания вектора  в падающей волне и вектора  в отраженной волне происходит в одинаковой фазе.

 

Второй случай: .

При этом знак проекции противоположен знаку проекции . Вектор  направлен противоположно вектору . Колебания падающего  и отраженного световых векторов происходят в противоположных фазах вследствие того, что при отражении фаза световой волны скачком изменяется на .

При отражении световой волны от границы раздела среды оптически более плотной и среды оптически менее плотной  фаза колебания светового вектора не изменяется. При отражении от границы раздела среды оптически менее плотной и оптически более плотной  фаза колебаний светового вектора скачком изменяется на . Колебания светового вектора преломленной волны и колебания светового вектора падающей волны всегда происходят в одной фазе.