§1.2. Основные законы оптики.

В однородной среде свет распространяется по прямым линиям.

1.2.1. Отражение и преломление.

При падении световой волны на плоскую границу раздела двух сред с различными значениями относительной диэлектрической проницаемости световая волна частично отражается, а частично преломляется. Отношение скорости света в вакууме к фазовой скорости света в среде называется абсолютным показателем преломления этой среды.

(1.4)

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называется отношение фазовых скоростей света в 1 и 2 средах.

. (1.5)

Закон отражения.

При падении световой волны на плоскую границу двух сред угол между направлением распространения отраженной волны и нормалью к границе раздела i’, называемой углом отражения, равен углу между направлением падающей волны и нормалью к границе сред, который называется углом падения. Такое отражение называется зеркальным.

Закон преломления.

Угол между направлением распространения преломленной волны и нормалью к границе раздела , называемой углом преломления, связан с величиной угла падения i законом Снеллиуса.

. (1.6)

Если световая волна из оптически более плотной среды попадает на границу с оптически менее плотной средой, то при угле падения i для которого ₂₁. Преломленная волна отсутствует, и свет полностью отражается от оптически менее плотной среды. Это явление называется полным внутренним отражением.

Амплитуда отраженной и преломленной волн зависит от поляризации падающей волны. Отношение интенсивностей отраженной и падающей волн называется коэффициентом отражения R. Отношение интенсивностей преломленной к падающей волн называется коэффициентом пропускания Т. При нормальной поляризации, когда вектор Е электромагнитной плоско поляризованной волны нормален к плоскости падения, коэффициенты Т=R.

, (1.7)

. (1.8)

При параллельной поляризации, когда вектор Е лежит в плоско­сти падения коэффици­енты отражения и пропускания равны:

, (1.9)

. (1.10)

Если , то и следовательно для параллельно поляризован­ного излучения т. е. отражения нет.

Так как , то и, следовательно, из (1.6) вытекает, что:

. (1.11)

Соотношение (1.11) называется законом Брюстера.

Скорость распространения волны зависит от ее поляризованности. Две волны, линейно поляризованные под прямым углом друг к другу, не интерферируют. Чаще всего это явление используется для создания различных оптических эффектов, а также в 3D кинематографе. (Технология Imax, где поляризация используется для разделения изображений, предназначенных для левого и правого глаза). Круговая поляризация применятся в антеннах космической связи, т.к. для приема неважно положение плоскости поляризации сигнала передающей и приемной антенн, т.е. вращение космического аппарата не повлияет на возможность связи с ним.

В наземных линиях связи используют антенну линейной поляризации, где можно выбрать заранее горизонтальную или вертикальную плоскость поляризации. Антенну круговой поляризации выполнить сложнее, чем антенну линейной поляризации. Вообще, круговая поляризация вещь чисто теоретическая. На практике говорят об антеннах эллиптической поляризации с левым или правым направлением вращения. Круговая поляризация света используется также в технологиях стереокинематографа. (Real D, Master Image, эти технологии подобны Imax с разностью в том, что круговая поляризация позволяет сохранить стереоэффект и избегать двоение изображения при боковых наклонах головы).

Туннельный эффект.

Туннелирование – преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда ее полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера. Туннельный эффект явление исключительно квантовой природы, невозможное и даже полностью противоречащее классической механике. Аналог туннельного эффекта в волновой оптике может служить проникновение световой волны внутрь отражающей среды (на расстояние порядка длины волны) в условиях когда с точки зрения геометрической оптики происходит полное внутреннее отражение. Явление туннелирования лежит в основе многих важных процессов, в атомной и молекулярной физике, в физике атомного ядра и т.д.