ОТРАЖЕ́НИЕ ВОЛН

ОТРАЖЕ́НИЕ ВОЛН, воз­вра­ще­ние волн, па­даю­щих на гра­ни­цу раз­де­ла двух сред, в ис­ход­ную сре­ду. Про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те пе­ре­из­лу­че­ния волн гра­ни­цей раз­де­ла сред (пре­пят­ст­ви­ем) с из­ме­не­ни­ем на­прав­ле­ния рас­про­стра­не­ния волн (вплоть до сме­ны на про­ти­во­по­лож­ное). От­ра­жаю­щи­ми объ­ек­та­ми мо­гут слу­жить не­од­но­род­но­сти сре­ды (как рез­кие в мас­шта­бе дли­ны вол­ны $\lambda$, так и плав­ные), со­чле­не­ния вол­но­вод­ных сис­тем и из­ме­не­ния их гео­мет­рии, не­про­зрач­ные те­ла. Обыч­но на гра­ни­це раз­де­ла сред од­но­вре­мен­но с О. в. про­ис­хо­дит пре­лом­ле­ние волн.

При па­де­нии пло­ской мо­но­хро­ма­ти­че­ской вол­ны на пло­скую (глад­кую в мас­шта­бе $\lambda$) гра­ни­цу раз­де­ла од­но­род­ных сред с раз­ны­ми свой­ст­ва­ми про­ис­хо­дит зер­каль­ное О. в. Ам­пли­ту­ды, фа­зы и на­прав­ле­ния рас­про­стра­не­ния от­ра­жён­ных и пре­лом­лён­ных (про­шед­ших) волн (в ани­зо­троп­ных сре­дах их мо­жет быть не­сколь­ко) оп­ре­де­ля­ют­ся из ус­ло­вий со­гла­со­ва­ния вол­но­вых по­лей по раз­ные сто­ро­ны от гра­ни­цы. Та­ки­ми ус­ло­вия­ми для элек­тро­маг­нит­ных волн яв­ля­ют­ся не­пре­рыв­ность тан­ген­ци­аль­ных со­став­ляю­щих на­пря­жён­но­стей элек­трич. и маг­нит­но­го по­лей, для аку­сти­че­ских – ра­вен­ст­во дав­ле­ния и нор­маль­ной со­став­ляю­щей гид­ро­ди­на­мич. ско­ро­сти. Тре­бо­ва­ние не­пре­рыв­но­сти фа­зы при­во­дит к уни­вер­саль­но­му за­ко­ну: тан­ген­ци­аль­ные со­став­ляю­щие вол­но­вых век­то­ров па­даю­щей, от­ра­жён­ной и пре­лом­лён­ной волн долж­ны быть рав­ны ме­ж­ду со­бой ($\boldsymbol k^{||}_п=\boldsymbol k^{||}_{отр}=\boldsymbol k^{||}_{пр}$). В слу­чае изо­троп­ных не­под­виж­ных сред до­пус­ти­ма лу­че­вая трак­тов­ка за­ко­на О. в.: 1) па­даю­щий и от­ра­жён­ный лу­чи ле­жат в од­ной, нор­маль­ной к гра­ни­це, плос­ко­сти; 2) угол от­ра­же­ния ра­вен уг­лу па­де­ния.

Ин­тен­сив­ность от­ра­жён­ной вол­ны ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ко­эф. от­ра­же­ния $R$, рав­ным от­но­ше­нию ин­тен­сив­но­стей от­ра­жён­ной и па­даю­щей волн. Ко­эф. от­ра­же­ния су­щест­вен­но за­ви­сит от при­ро­ды волн, свойств обе­их сред, по­ля­ри­за­ции волн и уг­ла па­де­ния. При оп­ре­де­лён­ных уг­лах па­де­ния волн, по­ля­ри­зо­ван­ных в плос­ко­сти па­де­ния, воз­мож­но без­от­ра­жа­тель­ное про­хо­ж­де­ние волн (см. Брю­сте­ра за­кон). При па­де­нии вол­ны на сре­ду с большей фа­зо­вой ско­ро­стью волн (из сре­ды с бóльшим по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния в сре­ду с мень­шим по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния) мо­жет на­блю­дать­ся пол­ное внут­рен­нее от­ра­же­ние. Пре­лом­лён­ная вол­на при пол­ном внутр. от­ра­же­нии име­ет вид по­верх­но­ст­ной вол­ны, экс­по­нен­ци­аль­но при­жа­той к гра­ни­це.

За­ко­ны зер­каль­но­го О. в. при­бли­жён­но вы­пол­ня­ют­ся для плав­но ис­крив­лён­ных (в мас­шта­бе $\lambda$) гра­ниц раз­де­ла плав­но не­од­но­род­ных сред при ус­ло­вии, что раз­ме­ры ше­ро­хо­ва­то­стей гра­ни­цы мно­го мень­ше дли­ны вол­ны. Ес­ли раз­ме­ры не­ров­но­стей гра­ни­цы срав­ни­мы с дли­ной вол­ны, то воз­мож­ны два слу­чая. При хао­тич. рас­по­ло­же­нии не­ров­но­стей име­ет ме­сто диф­фуз­ное О. в. (сто­хас­тич. рас­сея­ние волн). Так, напр., ок­ру­жаю­щие нас пред­ме­ты мы ви­дим в диф­фуз­но от­ра­жён­ном све­те. При пе­рио­дич. рас­по­ло­же­нии не­ров­но­стей (от­ра­жа­тель­ные ди­фрак­ци­он­ные ре­шёт­ки), кро­ме от­ра­жён­ной в зер­каль­ном на­прав­ле­нии вол­ны, воз­ни­ка­ет дис­крет­ный на­бор «по­боч­ных» волн, на­прав­ле­ния рас­про­стра­не­ния ко­то­рых за­ви­сят от $\lambda$, что ис­поль­зу­ет­ся в ана­ли­за­то­рах спек­тра. В трёх­мер­ных пе­рио­дич. струк­ту­рах (напр., в кри­стал­лах) О. в. реа­ли­зу­ет­ся толь­ко при оп­ре­де­лён­ных со­от­но­ше­ни­ях ме­ж­ду дли­ной вол­ны и уг­лом па­де­ния (см. Брэг­га – Вуль­фа ус­ло­вия).

О. в. от дви­жу­щих­ся объ­ек­тов про­ис­хо­дит со сме­ще­ни­ем час­то­ты (см. До­п­ле­ра эф­фект); угол от­ра­же­ния при этом не ра­вен уг­лу па­де­ния (уг­ло­вая абер­ра­ция).

В плав­но не­од­но­род­ных сре­дах ис­тин­ное О. в. экс­по­нен­ци­аль­но малó. Од­на­ко реф­рак­ция волн мо­жет при­во­дить к яв­ле­ни­ям, сход­ным с О. в., напр. к от­ра­же­нию ра­дио­волн от ио­но­сфе­ры, ми­ра­жам (оп­ти­че­ским и аку­сти­че­ским).

О. в. ле­жит в ос­но­ве мн. при­род­ных яв­ле­ний, тех­нич. уст­ройств и сис­тем (вол­но­во­ды, ре­зо­на­то­ры, гид­ро­ло­ка­то­ры, ра­дио­ло­ка­то­ры и др.). В не­ко­то­рых слу­ча­ях О. в. при­во­дит к вред­ным по­след­ст­ви­ям: по­вы­ше­нию уров­ня шу­мов, гипер­ре­вер­бе­ра­ции зву­ка в за­лах, сле­пя­щим бли­кам, ис­ка­же­нию ТВ-изо­бра­же­ний. Для борь­бы с па­ра­зит­ным О. в. при­ме­ня­ют­ся по­гло­щаю­щие по­кры­тия и со­гла­сую­щие эле­мен­ты (напр., чет­верть­вол­но­вые плён­ки на объ­ек­ти­вах оп­тич. при­бо­ров).