2.4.4. Явление Брюстера

При угле падения (угол Брюстера) коэффициент отражения для составляющей поляризованной в плоскости падения и отраженный луч с такой поляризацией отсутствует, то есть отраженный луч полностью линейно поляризован перпендикулярно плоскости падения. Таким образом, можно получить из естественного или деполяризованного света линейно поляризованный свет. Формулы Френеля позволяют предсказать явление Брюстера. Действительно при выполнении условия

и . (2.13)

Явление Брюстера можно объяснить и физически. С точки зрения классической электронной теории отражение света происходит следующим образом. Каждый атом (молекула) вещества представляет собой электрический диполь. Падающий свет проникает в вещество, и его вектор E_n в преломленной волне заставляет колебаться заряды (электроны) диполей. Направление вынужденных колебаний совпадает с направлением вектора E_n и перпендикулярно направлению преломленного луча. Колеблющиеся электроны излучают свет, и образуют отраженную и преломленную волны света. Диаграмма направленности излучения диполя такова, что в направлении оси диполя излучение отсутствует, а перпендикулярно оси оно максимально. Таким образом, в преломленной волне сохраняются составляющие с двумя ортогональными поляризациями, и она остается не поляризованной. В преломленном луче колебания диполей можно разложить на два взаимно перпендикулярных направления: перпендикулярно (s-поляризация) и параллельно (p-поляризация) плоскости падения.

В отраженной волне при угле падения , угол между отраженным и преломленным лучами равен π/2. Колебания в плоскости падения в этом случае происходят в направлении распространения отраженного луча. Однако диполь не излучает в направлении своей оси и поэтому отраженный луч с p-поляризацией отсутствует. Определим угол падения, при котором наблюдается явление Брюстера.

Можно записать, что или и . Используем закон Снелиуса

; отсюда

. (2.14)

При , , а при .

Эффект Брюстера можно наблюдать на рис. 2.6, но более наглядно он представлен на рис.2.7.

2.4.5. Уточнение физических процессов при полном внутреннем отражении

Формулы Френеля (2.10) при выполнении условий полного внутреннего отражения (при ) не работают. Более сложный анализ, который мы не приводим, позволяет показать, что при , коэффициенты отражения в точности равны . Кроме того, можно показать, что в области полного внутреннего отражения возникает сдвиг фаз между составляющими напряженности электрического поля, поляризованными параллельно и перпендикулярно плоскости падения. Это физически означает, что при падении линейно поляризованного света на границу раздела в области полного внутреннего отражения он становится эллиптически поляризованным. Это явление очень похоже на образование фигур Лиссажу на экране осциллографа при подаче на входы x и y синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе. Для угла сдвига фаз  (рис.2.8) справедливо

, при ;

при . (2.15)

Угол  достигает максимума _max при .

Рис.2.7. Зависимости коэффициентов отражения от угла падения при падении светового луча из менее плотной оптической среды (n₁=1.4) в более плотную (n₂=1.5) и при падении светового луча из более плотной оптической среды (n₁=1.5) в более плотную (n₂=1.4)

Рис.2.8. Зависимость угла сдвига фаз между составляющими отраженного излучения, поляризованными параллельно и перпендикулярно плоскости падения при падении светового луча из более плотной оптической среды (n₁=1.5) в более плотную (n₂=1.4)

1 Бод (англ. baud) в связи и электронике — единица скорости передачи сигнала, количество символов в секунду. Названа по имени Эмиля Бодо, изобретателя кода Бодо — кодировки символов для телетайпов. Термин «бод» часто неправильно используют в значении «бит в секунду». В действительности же, это верно лишь для двоичного кодирования, которое используется не всегда. При многоуровневом кодировании одним изменением уровня сигнала может кодироваться несколько бит информации. Например, при скорости изменения сигнала 2400 бод, скорость передачи может составлять 9600 бит/c, благодаря тому, что в каждом временном интервале передаётся 4 бита.

2 В обычных КЛС коэффициент затухания  растет с увеличением частоты сигнала f пропорционально .

3 Поскольку оптические частоты очень велики, а разность частот между границами оптического диапазона очень мала по сравнению с их величинами, принято измерять оптических диапазон в длинах волн. Основные особенности оптического диапазона: 1. выполняются законы геометрической оптики; 2. свет очень слабо взаимодействует с веществом. Для более низких частот нельзя построить оптическую систему по законам геометрической оптики, а электромагнитное поле более высоких частот, как правило, либо проходит сквозь любое вещество, либо разрушает его. Указанные на рисунке границы оптического диапазона и его поддиапазонов установлены на основании экспериментальных данных и не являются абсолютно точными.

4 Также влияет дополнительное затухание сигнала за счет дисперсии.