76. Скорость электромагнитной волны в веществе. Показатель преломления. Закон преломления волны на границе двух сред.

v  скорость электромагнитной волны в веществе

  1  магнитная проницаемость для большинства веществ близка к единице

n  показатель преломления веществ

На границе раздела двух сред, кроме отраженной волны, возникает преломленная волна. Направление распространения преломленной волны не совпадает с направлением распространения падающей волны, однако между ними существует связь, определяемая законами преломления.

1. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, восстановленым в точке падения луча к границе раздела двух сред.

2. sinΘ₁/sinΘ₂ = n₂₁ , где  Θ₁ - угол падения; Θ₂ - угол преломления; n₂₁ - показатель преломления второй среды относительно первой.

Физическое содержание показателя преломления вытекает из волновой теории электромагнитных волн. Согласно этой теории, абсолютный показатель преломления ( n ) равен отношению скорости распространения волн в вакууме ( с ) к скорости распространения волны ( v ) в данной среде, т.е. n = c/v

2. При падении вертикально (нормально) поляризованной электромагнитной волны из оптически менее плотной среды на границу раздела с оптически более плотной средой можно указать такой угол падения Θ₀, при котором отраженная волна отсутствует. Падающая волна после преломления на границе раздела двух идеальных диэлектриков переходит в оптически более плотную среду. Угол Θ₀ называют углом Брюстера или углом полного преломления. Величина угла Θ₁₀ определяется из соотношения tgΘ₁₀ = n₂/n₁ = n₁₂ , где    n₁₂ - относительный показатель преломления.

77. Скорость электромагнитной волны в веществе. Показатель преломления. Полное внутреннее отражение . Оптические волноводы.

v  скорость электромагнитной волны в веществе

При падении волны из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду может наблюдаться явление полного внутреннего отражения. Формула второго закона преломления

sinΘ₁/sinΘ₂ = n₂₁  показывает, что по мере увеличения угла падения Θ₁ увеличивается угол преломления Θ₂. При некотором значении угла падения Θ₁₀ угол преломления Θ₂ = 90°. Следовательно, на основании закона преломления sin Θ₁₀ = 1/n     (2)                                   

Полное внутреннее отражение наблюдается в том случае, когда лучи падают на границу раздела под углом, большим предельного (Θ₁ > Θ₁₀). Наименьший угол падения, при котором наступает полное внутреннее отражение, называют предельным углом полного отражения (Θ₁₀). Величина предельного угла падения определяется по формуле (2).

Оптические волноводы - это пространственно-неоднородные структуры для направления света. Оптический волновод служит для ограничения области пространства, в которой может распространяться свет. Как правило, волновод содержит область с увеличенным показателем преломления, по сравнению с окружающей средой (называемой оболочкой). Однако, можно управлять толщиной этой области, например, при помощи отражений в металлических частях волновода. В некоторых волноводах также имеют место плазмонные эффекты в металлах (так называемые плазмонные волноводы).  

Рисунок 1: Два разных типа волновода. В планарных волноводах управление светом осуществляется только в вертикальном направлении, тогда как в канальных волноводах управление происходит по двум координатам. Большинство волноводов являются двумерными, то есть в них ограничено распространение света по двум координатам и возможно распространение только по одной координате. Пример такого волновода – канальный волновод, показанный в рисунке 1.  Самый важный тип двумерного волновода - оптоволокно. Оптоволокно является диэлектрическим волноводом. Есть также одномерные волноводы, часто называемые плоскими волноводами.