Phasenverschiebung des Lichts bei Reflexion

Bei anderen Wellen als elektromagnetischen Wellen (z. B. Wellen auf einer Saite, die eine kleine Querverschiebung annehmen) wird bei der Ausbreitung über die Grenze zwischen zwei Medien ein Bruchteil einer Welle mit einer Phasenverschiebung von reflektiert π wenn die Impedanz des zweiten Mediums größer ist als die des ersten, oder allgemein wenn der Amplitudenreflexionskoeffizient R ist negativ. Andernfalls hat die reflektierte Welle keine Phasenverschiebung, was positiv bedeutet R .

Für elektromagnetische Wellen werden die Amplitudenreflexions- und Transmissionskoeffizienten durch die Fresnel-Gleichungen bestimmt, die die Komponentenpolarisation von Licht berücksichtigen, das auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes auftrifft. Betrachtet man das Verhalten der Amplitudenkoeffizienten für Lichteinfall auf Glas aus Luft in Abhängigkeit vom Einfallswinkel:

Fresnel-Amplitudenkoeffizienten von Licht, das aus Luft auf Glas fällt.

S. Berg-Johansen, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0 , über Wikimedia Commons

Wir sehen, dass trotz des Übergangs von einem Medium mit niedrigerer zu einem mit höherer Impedanz (in Anbetracht dessen, dass die Impedanz für elektromagnetische Wellen proportional zum Brechungsindex ist) die Amplitudenreflexionskoeffizienten nicht immer negativ sind, was darauf hindeutet, dass das Licht keine Phasenverschiebung erhält von π beim Nachdenken. Bedeutet dies, dass auf ein optisch dichteres Medium einfallendes Licht nicht immer mit einer Phasenverschiebung von reflektiert wird π ?

Übrigens, probieren Sie geogebra.org/m/wKk62nUk aus

Antworten (2)

Bei der Definition der Fresnel-Koeffizienten müssen Sie eine Vorzeichenkonvention anwenden. Normalerweise sagt man, dass ein positiver Reflexionskoeffizient bedeutet, dass die Wellenkomponente tangential zur Grenzfläche die gleiche Richtung behält. Bei s-polarisiertem Licht ist das das E-Feld, bei p-polarisiertem Licht das H-Feld. Beachten Sie, dass Sie für p-polarisiertes Licht nicht einfach sagen können , "die Richtung des E-Felds kehrt sich um" oder "die Richtung des E-Felds bleibt gleich", da beide Aussagen nur bei normalem Einfall wahr sein können.

Daher bedeutet ein positives r für p-polarisiertes Licht keine Phasenänderung für das H-Feld, aber da sich die reflektierte Welle von der Grenzfläche wegbewegt, muss das E-Feld umkehren (in dem Sinne, dass es auf die gegenüberliegende Seite der Normalen zeigt zur Oberfläche im Vergleich zum einfallenden E-Feld). Jenseits des Brewster-Winkels wird der Reflexionskoeffizient für p-polarisiertes Licht negativ; das H-Feld kehrt die Richtung um und das E-Feld zeigt auf die gleiche Seite der Normalen wie das einfallende E-Feld. Das folgende Diagramm zeigt die Unterscheidung.

Reflexion von p-polarisiertem Licht

Zusätzlich zur Antwort von @ProfRob möchte ich nur darauf hinweisen, dass der Brechungsindex im Allgemeinen eine komplexe Zahl ist. Und die Fresnel-Gleichungen gelten auch für den komplexen Brechungsindex.

Die Antwort lautet also: Sie haben Recht, die Reflexionsphase ist nicht immer π . Im Prinzip kann es alles sein!