Преломление света. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Преломление света - изменение направления распространения световой волны (светового луча) при прохождении через границу раздела двух различных прозрачных сред. На плоской границе раздела двух однородных изотропных сред с абс. преломления показателямииП. с. определяется след. законами: падающий, отражённый и преломлённый лучи и нормаль к границе раздела в точке падения лежат в одной плоскости (плоскости падения); углы падения

и преломления

(рис. 1), образованные соответствующими лучами с нормалью, и показатели преломления сред

связаны для монохроматич. света Снелля законом преломления

Рис. 1. Преломление света на границе раздела двух сред с n₁ и

стрелками показано расположение компонент электрического вектора в плоскости падения, кружками с точкой - перпендикулярно плоскости падения.

Обычно преломление света сопровождается отражением света от той же границы. Для непоглощающих (прозрачных) сред полная энергия светового потока преломлённой волны равна разности энергий потоков падающей и отражённой волн (закон сохранения энергии). Отношение интенсивностей светового потока преломлённой волны к падающей - коэф. пропускания границы раздела сред

- зависит от поляризации света падающей волны, угла падения

и показателей преломления

Строгое определение интенсивности преломлённой (и отражённой) волны может быть получено из решения ур-ний Максвелла с соответствующими граничными условиями для элект-рич. и магн. векторов световой волны и выражается Френеля формулами. Если электрич. вектор падающей и преломлённой волн разложить на две компоненты

(лежащую в плоскости падения) и

(перпендикулярную к ней), ф-лы Френеля для коэф. пропускания соответствующих компонент имеют вид

Зависимость величин

от

приведена на рис. 2. Из выражений ( * ) и рис. 2 следует, что для всех углов падения

кроме частного случая нормального падения

, когда

Это означает, что для всех

(кроме

= 0) происходит поляризация преломлённого света. Если на границу раздела падает естественный (не поляризованный) свет, для к-рого

то в преломлённой волне

т. е. свет будет частично поляризованным. Наиб. значит. поляризация преломлённой волны происходит при падении под углом Брюстера

когда

(рис. 2). При этом

< 1, а

= 1, т. е. преломление поляризов. света с

не сопровождается отражением.

Рис. 2. Зависимость коэффициентов пропускания

для волн различной поляризации от угла падения

при преломлении на границе воздух (

=1) - стекло (с показателем преломления

= 1,52);

- для падающего неполяризованного света.

Если свет падает из среды оптически менее плотной в более плотную (

), то

и преломлённый луч существует при всех значениях угла

от О до

Если свет падает из среды оптически более плотной в менее плотную

то

и преломлённая волна существует лишь в пределах угла падения от

= 0 до

= arcsin

. При углах падения

> arcsin

П. с. не происходит, существует только отраженная волна - явление полного внутреннего отражения.

В оптически анизотропных средах в общем случае образуются две преломлённые световые волны с взаимно перпендикулярной поляризацией (см. Кристаллооптика).

Формально законы П. с. для прозрачных сред могут быть распространены и на поглощающие среды, если рассматривать показатель преломления для таких сред как комплексную величину

где к - показатель поглощения. В случае металлов, обладающих сильным поглощением (и большим коэф. отражения), идущая внутрь металла волна поглощается в тонком приповерхностном слое и понятие проломленной волны теряет смысл (см. Металлооптика).

Поскольку показатель преломления сред зависит от длины волны света l (см. Дисперсия света ),то в случае падения на границу раздела прозрачных сред немоно-хроматич. света преломлённные лучи разл. длин волн идут по разл. направлениям

что используется в дисперсионных призмах.

На преломлении света на выпуклых, вогнутых и плоских поверхностях прозрачных сред основано действие линз, служащих для получения изображений оптических, дисперсионных призм и др. оптич. элементов.

Если показатель преломления изменяется непрерывно (напр., в атмосфере с высотой), то при распространении светового луча в такой среде также происходит непрерывное изменение направления распространения - луч искривляется в сторону большего значения показателя преломления (см. Рефракция света в атмосфере), но при этом отражения света не происходит.

Под действием излучения большой интенсивности, создаваемого мощными лазерами, среда становится нелинейной. Индуцированные в молекулах среды под действием сильного электрич. поля световой волны диполи вследствие ангармоничности колебаний электронов молекул излучают в среде вторичные волны не только на частоте

падающего излучения, но также волны с удвоенной частотой - гармоники - 2

(и более высокие гармоники 3

, ...). С молекулярной точки зрения интерференция этих вторичных волн приводит к образованию в среде результирующих преломлённых волн с частотой

(как в линейной оптике) (см. Гюйгенса - Френеля принцип), а также с частотой , к-рым соответствуют макроскопич. показатели преломления

Вследствие дисперсии среды

и, следовательно, в среде образуются две преломлённые волны с частотами

распространяющиеся по разл. направлениям. При этом интенсивность преломлённой волны на частоте

значительно меньше интенсивности на частоте

(подробнее см. в ст. Нелинейная оптика).

Литература по преломлению света

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.