Формулы Френеля

Основные законы оптики, применяемые в оптических приборах, были открыты французским физиком Френелем (1788—1827). Эти законы описывают взаимосвязь интенсивности света при преломлении и при отражении.

Отражательная способность

Энергия света как электромагнитных волн аккумулируется в электрическом (Е) и магнитном (Н) полях и равна произведению $ε \cdot Е^2$, где $ε$ — диэлектрическая постоянная среды, в которой распространяется свет.

Следует отметить, что отражательная способность зависит не только от угла падения, но и от поглощательной способности вещества.

В зависимости от направления поляризации лучи света отражаются и преломляются в различной степени. В частности, существует такой угол падения, при котором свет, поляризованный параллельно входной плоскости, не отражается. Этот эффект используется для получения высокоэффективного плоско поляризованного света.

Угол Брюстера

Угол падения $φ_p$, при котором свет, поляризованный параллельно входной плоскости, не отражается, называется углом Брюстера в честь сэра Девида Брюстера (1781—1868), который это установил.

В этом случае преломленный и отраженный лучи света перпендикулярны друг другу в соответствии с уравнением:

$\frac{\sin {{\varphi }_{p}}}{\operatorname{sinX}}=\frac{n}{l}=n$

$\operatorname{sinX}=n\sin \varphi =\sin (90-{{\varphi }_{p}})=n\cos {{\varphi }_{p}}$

$n=\tan {{\varphi }_{p}}$

Таким образом, коэффициент преломления $n$ можно определить по углу Брюстера $φ$. При $φ = 0$, т.е. при перпендикулярном падении света, для отражения в воздух формула Френеля дает очень полезное соотношение, содержащее только коэффициент преломления n отражающей среды:

$R={{\left( \frac{n-1}{n+1} \right)}^{2}}$

Например, оконное стекло с коэффициентом преломления n = 1,5 обладает отражательной способностью R = 4%; алмаз с п = 2,4 обладает отражательной способностью R = 17%; а германий с п = 4 обладает отражательной способностью R = 36%.

Согласно вышеприведенным формулам, получение свободных от отражения поверхностей, что крайне необходимо при изготовлении линз различных приборов, кажется невозможным, однако с помощью интерференционных эффектов поверхности без отражения можно получить по крайней мере для заданного диапазона длин волн. Это достигается покрытием этих поверхностей кристаллическими слоями КВr, CaF2 и других современных материалов определенной толщины.

Итак, все процессы отражения и преломления света сопровождаются изменением поляризации света, что нельзя игнорировать в экспериментах по поляризации света. В частности, при измерении спектрально разрешаемой поляризации нужно четко разделять действительные и мнимые поляризационные эффекты.

Не знаете, где заказать написание статьи по физике на заказ? Авторы Студворк к вашим услугам!

Тест на тему «Формулы Френеля»