15 Угол Брюстера.Полное внутреннее отражение.

При падении плоских электромагнитных волн на границу раздела двух сред при определенных условиях коэффициент отражения может обращаться в нуль. Угол падения, при котором падающая волна полностью, без отражения, проникает из одной среды в другую, называется углом Брюстера и обозначается как φ_Б. φ_Б удовлетворяет одному из двух уравнений:

(4,35)

при перпендикулярной поляризации либо

(4,36)

при параллельной поляризации.

Здесь под ψ_Б подразумевается угол преломления, соответствующий углу падения φ_Б.

Легко видеть, что уравнения (4.35) и (4.36) взаимно противоречат друг другу, т. е. явление полного преломления можно наблюдать либо при перпендикулярной, либо при параллельной поляризации.

Рассмотрим наиболее часто встречающийся случай, когда обе граничащие среды являются немагнитными (µ₁=µ₂=l), в то время как оптическая плотность второй среды больше, чем первой (ε₂>ε₁). Из данных предположений, во-первых, следует что Z_с1>Z_c2. Во-вторых, в силу закона Снелля φ>ψ, т. е. cos φ<cos ψ.

Обращаясь к формулам (4.35) и (4.36), видим, что первое из этих уравнений в рамках сделанных предположений принципиально не может иметь решений. Таким образом, угол Брюстера при падении плоской электромагнитной волны на немагнитный диэлектрик может существовать лишь при параллельной поляризации.

Сравнение графиков, зависимостей коэффициентов отражения для волн обеих поляризаций, представленных на рис. 4.8, иллюстрирует понятие угла Брюстера.Явление полного преломления может иметь полезные технические приложения. Так, пластинка из диэлектрика, установленная под углом Брюстера по отношению к направлению распространения падающей волны, не создает отражений. В то же время эта пластинка, может играть роль важного конструктивного элемента, обеспечивая, например, вакуумное уплотнение какого-либо прибора.

Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отраженияпревосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит отдлины волны.В оптике этоявлениенаблюдается для широкого спектраэлектромагнитного излучения, включаярентгеновский диапазон.В геометрической оптике явление объясняется в рамкахзакона Снелла. Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения,синускоторого больше отношения меньшего показателя преломления к большему показателю, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.

В соответствии с волновой теорией явления, электромагнитная волна всё же проникает во вторую среду — там распространяется так называемая «неоднородная волна», которая экспоненциальнозатухает и энергию с собой не уносит. Характерная глубина проникновения неоднородной волны во вторую среду порядка длины волны.

Нарушенное полное внутреннее отражение — явление нарушения полного внутреннего отражения из-за поглощения отражающей средой части излучения. Широко применяется в лабораторной практике и оптической промышленности.