Відбиття і заломлення світла

Предметом обговорення в цьому розділі буде заломлення і відбиття світла й електромагнітних хвиль узагалі від поверхні. Про закони відбиття і заломлення світла ми вже говорили у вип. 3. Ось що ми там з'ясували:
   1.   Кут   відбиття   дорівнює   куту   падіння. Причому кути визначаються, як це показано на фіг. 33.1:

    2.   Добуток n sinθ однаковий як для падаючого   променя,  так і для заломленого (закон Снелла):

     3.   Інтенсивність  відбитого світла залежить як від кута падіння, так і від напрямку поляризації. Для вектора Е, перпендикулярного до площини падіння, коефіцієнт відбиття R_| дорівнює

Для вектора Е, паралельного площині падіння, коефіцієнт відбиття R_|| дорівнює

    4. Для  променя, що падає перпендикулярно (звичайно, за будь-якої поляризації!)

(Ми використовували індекс i для позначення величин у падаючому промені, t — у заломленому, а r — у відбитому.)
 
Наші попередні міркування практично досить повні для звичайної роботи, але ми збираємося застосувати тут інший спосіб. Ви хочете знати чому? Причина полягає в тому, що раніше ми вважали показник заломлення дійсним (тобто що ніякого поглинання в матеріалі не відбувається). Однак є й інша причина: вам слід уміти поводитися з хвилями на поверхні з погляду рівнянь Максвелла. Відповіді, звичайно, вийдуть однакові, але тепер уже шляхом безпосереднього розв'язання хвильової задачі, а не за допомогою правдоподібних міркувань.
 
Я хочу підкреслити, що амплітуда відбитої від поверхні хвилі не визначається такими властивостями матеріалу, як показник заломлення. Вона залежить від суто «поверхневих властивостей», які, строго кажучи, визначаються тим, як оброблена поверхня. Тонкий шар сторонньої домішки на межі між двома матеріалами з показниками n₁ і n₂ зазвичай змінює відбиття. (Існують усілякі види інтерференції, прикладом якої можуть слугувати різнокольорові масляні плівки на воді. Підбором товщини можна звести амплітуду відбиття даної частоти до нуля. Саме так і роблять просвітлені лінзи.) Формули, які ми отримаємо, будуть правильні, тільки коли показник заломлення різко зміниться на відстанях, малих порівняно з довжиною хвилі. Довжина хвилі світла, наприклад, становить близько 5000 Å, так що під «гладкою» поверхнею ми розуміємо поверхню, на якій умови змінюються всього протягом кількох атомів (або на відстані кількох ангстрем). Тож для світла наші формули працюватимуть лише на добре відполірованій поверхні. Взагалі ж якщо показник заломлення поступово змінюється на відстані кількох довжин хвиль, то відбиття буде незначним.