Преломление

Определения:
Направление распространения луча света изменяется, когда он попадает из одной среды в другую.

Рисунок 1: Преломление на границе двух сред.
Когда свет (например, лазерный луч) переходит из одной прозрачной изотропной среды в другую, направление его распространения меняется (см. рисунок 1). Это явление называется рефракцией. Это связано с тем, что на границе двух сред падающий и пропускающий свет должен соответствовать пограничным условиям.
тангенциальная составляющая вектора волны равна, иначе разность фаз двух волн на границе связана с положением, а затем фронт волны прерывается. Поскольку размер вектора волны зависит от скорости преломления среды, граничные условия будут удовлетворены только в определенных направлениях распространения. Исключение составляют случаи положительного падения, когда вектор волны не имеет веса на интерфейсе.
Исходя из вышесказанного, можно получить закон Снелла:

  

N1 и N2 являются коэффициентами преломления двух сред. Очевидно, что среда с низкой скоростью преломления соответствует большему углу между лучом и нормой.
На рисунке 2 показана динамика преломления. Можно увидеть более короткую длину волны в правой среде (из - за замедления скорости света) и большую скорость преломления правой среды. И на интерфейсе волновой фронт не изменился, только направление изменилось. Это связано с изменением перспективы распространения.

Рисунок 2: Динамическая диаграмма преломления. (Здесь можно перехватить только статическую диаграмму) волновой фронт представлен серой линией. Изменение направления волнового фронта происходит из - за уменьшения скорости света в правой среде.

Дополнительные пояснения
Если падающий свет исходит из среды с большой скоростью преломления и угол падения относительно велик, то не все углы выхода соответствуют закону Снелла, поскольку синус угла выхода равен 1. В этом случае невозможно получить пропускающий свет, происходит полное отражение.
В неизотропной среде скорость преломления связана с направлением поляризации света. Поэтому угол преломления также связан с поляризацией.
Преломление часто встречается в области фундаментальной оптики и фотоники:

1. В большинстве оптических линз используется преломление.
2. В призме, когда необходимо отделить компоненты разных длин волн, необходимо использовать эффект преломления, связанный с длиной волны.
3. Использование двойного преломляющего материала также позволяет получить угол, связанный с поляризацией. Это может быть использовано в некоторых поляризаторах.
4. Иногда требуется световая сила, связанная с смещением луча, вызванным преломлением.

Фотонные метаматериалы с отрицательным коэффициентом преломления создают необычные отрицательные эффекты преломления. В этом случае преломляющий и падающий свет находятся на одной стороне нормали.