Падение плоских электромагнитных волн на границу раздела двух сред

 

Границу раздела будем полагать бесконечно протяженной. Плоскость, проходящая через нормаль к границе раздела параллельно направлению распространения, называют плоскостью падения.

Если вектор Е перпендикулярен этой плоскости, то волна – нормально поляризованная, если параллелен, волна – параллельно поляризованная.

Любую другую ориентацию вектора Е следует рассматривать как суперпозицию .

Нормальная поляризация.

j- угол падения.

В выбранной системе координат направляющие косинусы:

и

Для амплитуд:

при условии 0³Х

.

Граничные условия: .

Падающая волна частично (или полностью) отражается от границы и частично (или полностью) проходит во вторую среду. Можно считать, что ориентация векторов относительно направления распространения не меняется.

Для отраженной волны:

при этом и .

Для преломленной волны:

при .

Граничные условия должны выполняться при любых Z. Это возможно только, если зависимость от Z для всех трех векторов одинакова:

так как:

и угол падения равен углу отражения:

(2.23)

Из другого равенства:

(2.24)

n - показатель преломления среды:

Определим постоянные А и В на границе раздела (А и В амплитуды отражённой и преломлённой волн соответственно ):

При Х = 0:

A и B пропорциональны E°: А = RЕ°, В = ТЕ°.

R - коэффициент отражения, T - коэффициент преломления (коэффициенты Френеля).

В случае нормальной поляризации:

1+R^=T^;

1-R^= Т^

Модуль R характеризует соотношение между амплитудами падающей и отражённой волны, а аргумент - сдвиг фаз между этими полями:

R^ =

T^ =

вывод при параллельной поляризации аналогичен - самостоятельно.

R| |=

T|| =

Остановимся на простейших следствиях, вытекающих из этих соотношений.

Для нормального падения ЭМВ имеем j = 0 и формулы для R и T переходят в:

R^= - R||= ; T^= T|| = .

При нормальном падении плоскость падения становится неопределённой и различие поляризаций пропадает.

Знак ’’минус’’ за счёт того, что R^ и T^ коэффициенты по электрическому полю, Rêê и Têê - по магнитному.

 

Угол Брюстера

 

В связи со сказанным, возникает вопрос о том, какими свойствами должно обладать вещество, чтобы являться ’’оптической невидимкой’’.

Так как визуальное обнаружение любого тела обусловлено волнами, отражёнными и рассеянными телом под самыми различными углами, то для этого необходимо, чтобы R^ и Rêê равнялись 0 для любого угла падения j, что для реального диэлектрика означает .

Т.е. электромагнитные свойства вещества неотличимы от свойств вакуума, если он – первая среда, или (m/e = 1): ZС2 = ZС1.

Если условие ZС1 = ZС2 не выполняется, то из условия следует:

1) для параллельной поляризации: , возводим в квадрат обе части равенства и учтём второй закон Снеллиуса в следующей форме:

.

Для обычных диэлектриков , после преобразований:

где угол Брюстера

Для обычных диэлектриков существует угол падения, при котором падающая волна целиком проходит во вторую среду.

 

2) случае нормальной поляризации при ;