¿Qué sucede cuando un Laser de una charca?

La mayoría de los interesantes efectos de óptica ocurren en los interfaces---las transiciones de un material a otro. Lentes de doblan luz que entra y sale de superficies curvas; fibra óptica llevar señales por rebote la luz apagada el límite entre un núcleo de vidrio y un revestimiento circundante; y la luz rebota en las superficies de espejo. Un estanque es otra interfaz---un límite entre aire y agua. Porque las interfaces son tan importantes en la óptica, ha sido suficiente estudio para hacerlos bastante bien entendido.

El índice de refracción

El índice de refracción se rige el comportamiento de las lentes y prismas y transmisión en las superficies.

Propagación óptica en cada material se caracteriza por una cantidad llamada el índice de refracción. Como la luz se propaga a través de un material, los átomos dentro de están distorsionados por el campo electromagnético de la radiación. La interacción entre la luz y los átomos en el material disminuye la luz. El cociente de la velocidad de la luz en el vacío a la velocidad de la luz en el material es el índice de refracción. Aunque el índice de refracción cambia con la longitud de onda, el valor promedio de agua es "n = 1.33." El índice de aire es muy cercano a 1.

Luz de flexión

La luz se dobla cuando viaja de un material a otro. La cantidad se dobla depende de dos cosas: los índices de refracción en los dos medios y el ángulo en el cual la luz incide en la superficie. El ángulo, llamado ángulo de incidencia, se mide desde la perpendicular a la superficie. Así que va "en" la luz tendría un ángulo de incidencia de cero grados. Luz que espumas a lo largo de la superficie tendría un ángulo de alrededor de 89 grados.

En el estanque de la luz laser

Como la luz láser incide en la superficie del estanque, parte de él está doblado en el agua. Que la flexión se llama refracción. Refracción se rige por la ecuación

"pecado (ángulo de refracción) = pecado (n1/n2) (ángulo de incidencia)"---donde están los dos índices de refracción n1 y n2. El ángulo de refracción se mide otra vez con respecto a la perpendicular a la superficie. Tome el seno inverso (el arcsin) de ambos lados, si el ángulo de incidencia es de 10 grados: ángulo de refracción = arcsin ((1/1,33) pecado (10)) = 7,5 grados.

Un estanque como un espejo

Luz láser se refleja desde la superficie de un estanque de la misma manera como la luz de esta escena.

Luz no solamente dobla en la charca, refleja de parte de ella. La norma que regula el comportamiento de la reflexión en la superficie del estanque es al igual que la norma que regula el reflejo en un espejo de vidrio o de metal: el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. Así que la viga en el ejemplo de la sección 3 también parcialmente se refleja en un ángulo de 10 grados.

Proporciones de

Parte de la luz golpea la superficie del estanque se refracta y se refleja algunos. Pero decir "algunos de" no es una medición muy precisa. Hay un sistema de ecuaciones llamadas las ecuaciones de Fresnel. Demasiado es detallados para describir completamente aquí, pero que dan la proporción de luz reflejada y transmitida en términos de ángulos de incidencia y refracción. Los cocientes también dependen de la polarización de la luz. En el ejemplo de la luz incidente en 10 grados, el reflejo de una polarización es 1,9% y reflejo de la otra es 2.1%, dejando aproximadamente el 88% de cada polarización se refracte en el agua en un ángulo de 7,5 grados.

El ángulo de Brewster

Porque cada polarización se comporta diferentemente en la interfaz, en algunas condiciones de uno polarización parcialmente reflejada y parcialmente transmitida, mientras que la otra polarización se transmite totalmente. Para un observador mirando la luz reflejada, habrá un ángulo en el que aparece sólo una polarización. Es decir, la luz es polarizada por reflexión. Para el agua, este ángulo, llamado ángulo de Brewster, es cerca de 53 grados. Si el láser es polarizado, como se gira sobre su eje cuando brilla en la superficie del estanque en el ángulo de Brewster, la reflexión va a desaparecer cuando la polarización es orientada correctamente.


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