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 показателями
и
П.
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 
и
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 
и
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
и
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
и 
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 
и 
Вследствие
дисперсии среды 
и, следовательно, в среде образуются две преломлённые волны с частотами
и
распространяющиеся
по разл. направлениям. При этом интенсивность преломлённой волны на частоте
значительно
меньше интенсивности на частоте 
(подробнее
см. в ст. Нелинейная оптика).
В. И. Малышев
|
|
 |
