повне внутрішнє відбиття

ПОВНЕ ВНУТРІШНЄ ОТРАЖЕНИЕ - відображення ел - магн. випромінювання (Зокрема, світла) при його падінні на межу двох прозорих середовищ з показниками заломлення і з середовища з великим показником заломлення ( ) під кутом для догрого Наїм. кут падіння при к-ром відбувається П. в. о., наз. граничним (критичним) або кутом повного відображення. Вперше П. в. о. описано І. Кеплером (J. Kepler) в 1600. потік випромінювання , Що падає при кутах відчуває повне відображення від кордонів розділу, цілком повертається в середу з т. о. коеф. відображення R = 1. В оптично менш щільною середовищі в області поблизу кордону існує кінцеве значення ел - магн. поля, проте потік енергії через кордон відсутня, т. к. перпендикулярна поверхні компонента Пойнтинга вектора , Усереднена за часом, дорівнює нулю. Це означає, що енергія проходить через кордон двічі (входить і виходить назад) і поширюється лише уздовж поверхні середовища в площині падіння. Глибина проникнення випромінювання в середу визначається як відстань, на к-ром амплітуда ел - магн. поля в оптично менш щільною середовищі зменшується в раз.Ета глибина залежить від відносить. показника заломлення довжини хвилі p кута поблизу глибина проникнення найбільша, з ростом кута аж до плавно спадає до пост. значення.

Поле ел - магн. випромінювання в середовищі істотно відрізняється від поля проходить поперечної хвилі , Т. К. В середовищі компонента амплітуди електричні. вектора в напрямку поширення хвилі не дорівнює нулю. Всі три компоненти х, у, z амплітуди хвилі мають кінцеві значення при всіх кутах і в області можуть значно перевищувати за величиною поч. значення амплітуди падаючої хвилі (див. Порушене повне внутрішнє відбиття ).

Схема поширення латеральної хвилі при повному внутрішньому відбитті поблизу критичного кута пучка світла з кінцевим поперечним перерізом: 7 - падаючий пучок; 2 - геометрично відбитий пучок; 3 - латеральна хвиля; Д - діафрагма.

Процес поширення ел - магн. випромінювання при П. в. о. в разі обмежених пучків супроводжується поздовжнім і поперечним зміщенням падаючого пучка. Величина поздовжнього зсуву залежить від стану поляризації пучка, кута падіння величини і поблизу дорівнює

Для випромінювання, поляризованого в площині падіння (р-полярнзація), для випромінювання, поляризованого перпендикулярно

площині падіння (s-поляризація), = 1. Величина зміщення пучка при П. в. о. корелює з глибиною проникнення ел - магн. випромінювання в оптично менш щільне середовище величина зміщення порівнянна з глибиною проникнення і по порядку величини близька

При П. в. о. p - і s -компоненти поляризованого випромінювання відчувають різний за величиною зрушення фаз, тому лінійно поляризоване випромінювання після відображення стає еліптично поляризованим. Різниця фаз р - і s -компонент визначається з виразу

величина має мінімум в області кутів Підбираючи відповідний кут падіння і значення можна отримати зрушення фаз, що дорівнює для двох відображень величина зсуву подвоюється. Такий прийом використовується в поляризації. пристроях (призма - ромб Френеля, см. поляризаційні прилади ) Для перетворення лінійно поляризованого випромінювання в круговий.

внаслідок дифракції , Обумовленої кінцевими розмірами падаючого пучка, при П. в. о. поряд з розглянутим поздовжнім зміщенням пучка спостерігається латеральна ( "побічна") хвиля, що розповсюджується вздовж поверхні, к-раю грає роль своєрідного хвилеводу (Мал.). Латеральна хвиля виникає при вугіллі, що перевищує fкr всього на і поширюється на відстань, на дек. порядків перевищує величину поздовжнього зсуву регулярної хвилі, що має інтенсивність, близьку до одиниці. інтенсивності і пучків відображеної латеральної хвилі для р - і s-поляризованого випромінювання зменшуються вздовж поверхні пропорційно кубу відстані, на яке відбулося зміщення хвилі, і відносяться між собою як Під час експерименту з гелієво-кад-Мієві лазером для кордону вода - повітря латеральна хвиля реєструвалася на відстані до 7 см. Для відстані 3 см і = 441,6 нм інтенсивність хвилі становила від потужності падаючого пучка світла.

На відміну від селективного відображення металів, до-рої може бути вельми високим (але завжди коеф. Відбиття R <1), при П. в. о. для прозорих середовищ R = 1 для всіх і не залежить практично від числа віддзеркалень. Слід, однак, відзначити, що відображення від механічно полірованої поверхні через розсіювання в поверхневому шарі трохи менше одиниці на величину Втрати на розсіювання при П. в. о. від більш досконалих меж розділу, напр. в волоконних световодах, ще на дек. порядків менше. Висока отражат. здатність кордону в умовах П. в. о. широко використовується в інтегральній оптиці , Оптич. лініях зв'язку, световодах і оптич. призмах. Висока крутизна коеф. відображення поблизу fкр лежить в основі виміряє. пристроїв, призначених для визначення показника заломлення (див. Рефрактометр ) Особливістю конфігурації ел - магн. поля в умовах П. в. о., а також властивості латеральної хвилі використовуються в фізики твердого тіла для дослідження поверхневих порушених коливань (Плазми-монов, поляритонов), знаходять широке застосування в спектроскопіч. методах контролю поверхні на основі порушеного П. в. о., комбінаційного розсіювання світла, люмінесценції і для виявлення дуже низьких значень концентрацій молекул і величин поглинання, аж до значень безрозмірного показника поглинання

Літ .: Бреховских Л. М., Хвилі в шаруватих середовищах, 2 видавництва., М., 1973; Кизел В. А., віддзеркалення світла , М., 1973; Калітеевскій Н. І., Хвильова оптика, 2 вид., М., 1978. В. М. Золотарьов.

покажчик >>