Fiziğin Muhteşem DünyasıEtkileşimli fizik simülasyonları
Ana sayfa › Elektromanyetik Teori II › Sınırda Yansıma ve Kırılma · Fresnel Denklemleri

Sınırda Yansıma ve Kırılma: Fresnel Denklemleri

Kırılma indisleri $n_1$ ve $n_2$ olan iki doğrusal, izotrop, manyetik olmayan ($\mu = \mu_0$) ortamın düzlem sınırına $\theta_i$ açısıyla gelen düzlem dalga için teğetsel $\vec E$ ve $\vec H$ bileşenlerinin sürekliliği Snell yasasını $n_1\sin\theta_i = n_2\sin\theta_t$ ve Fresnel genlik katsayılarını verir:

$$r_s = \frac{n_1\cos\theta_i - n_2\cos\theta_t}{n_1\cos\theta_i + n_2\cos\theta_t},\quad t_s = \frac{2n_1\cos\theta_i}{n_1\cos\theta_i + n_2\cos\theta_t}$$ $$r_p = \frac{n_2\cos\theta_i - n_1\cos\theta_t}{n_2\cos\theta_i + n_1\cos\theta_t},\quad t_p = \frac{2n_1\cos\theta_i}{n_2\cos\theta_i + n_1\cos\theta_t}$$

s (TE): $\vec E$ geliş düzlemine dik. p (TM): $\vec E$ geliş düzleminde. Güç katsayıları $R = |r|^2$ ve $T = \dfrac{n_2\cos\theta_t}{n_1\cos\theta_i}|t|^2$; enerji korunumu $R + T = 1$ gerektirir.

Brewster açısı ve tam iç yansıma

$r_p = 0$ koşulu $\tan\theta_B = n_2/n_1$ verir; bu açıda yansıyan ışık tamamen s-kutupludur. $n_1 > n_2$ iken $\theta_i > \theta_c = \sin^{-1}(n_2/n_1)$ için $\cos\theta_t$ sanal olur: $|r_s| = |r_p| = 1$ (tam iç yansıma) ve ikinci ortamda alan $e^{-z/\delta}$ ile söner, $\delta = \dfrac{\lambda_0}{2\pi\sqrt{n_1^2\sin^2\theta_i - n_2^2}}$. İşaret konvansiyonu (Griffiths): bu tanımlarla dik gelişte $r_p = -r_s = (n_2-n_1)/(n_2+n_1)$ olur; işaretler farklı olsa da $R$ değerleri aynıdır.

Parametreler

Alt grafikte bir yere tıklayarak geliş açısını seçebilirsiniz. Işın kalınlıkları ve E-oku uzunlukları genlikle orantılıdır.

s (TE)p (TM)düz: R (veya r) · kesikli: T (veya t)

Hesaplama

Bunu dene

1. Hava → cam ($n_1 = 1.00$, $n_2 = 1.50$) seçin. p kutuplanmasında yansımanın sıfır olduğu açıyı bulun. Bu açıda yansıyan ve kırılan ışınlar arasındaki açı nedir?

Açıklama
$\theta_B = \tan^{-1}(1.50) = 56.3^\circ$, $\theta_t = 33.7^\circ$; $\theta_B + \theta_t = 90^\circ$, yani yansıyan ve kırılan ışınlar birbirine diktir. Kırılan ortamdaki dipoller yansıma doğrultusunda ışıma yapamaz.

2. Dik gelişte ($\theta_i = 0$) hava → cam için $R$ ne kadardır? s ve p için farklı mı?

Açıklama
$R = \left(\dfrac{n_2 - n_1}{n_2 + n_1}\right)^2 = (0.5/2.5)^2 = 0.04$, yani %4. Dik gelişte geliş düzlemi tanımsız olduğundan s ve p aynı $R$'yi verir ($r_s$ ve $r_p$'nin işaretleri konvansiyona bağlıdır).

3. Cam → hava ($n_1 = 1.50$, $n_2 = 1.00$) için kritik açıyı bulun. $\theta_i = 45^\circ$ iken $\lambda_0 = 600$ nm için sönümlü dalganın sönüm uzunluğu ne kadardır?

Açıklama
$\theta_c = \sin^{-1}(1/1.5) = 41.8^\circ$. $45^\circ$'de $\sqrt{n_1^2\sin^2\theta_i - n_2^2} = \sqrt{1.125 - 1} = 0.354$, $\delta = 600/(2\pi\cdot 0.354) \approx 270$ nm. $R_s = R_p = 1$.

Elektromanyetik Teori II dersindeki diğer simülasyonlar