ПРЕЛОМЛЕ́НИЕ СВЕ́ТА

ПРЕЛОМЛЕ́НИЕ СВЕ́ТА, из­ме­не­ние на­прав­ле­ния рас­про­стра­не­ния све­та в не­од­но­род­ной сре­де (с из­ме­няю­щим­ся в про­стран­ст­ве по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния) или при про­хо­ж­де­нии рез­кой гра­ни­цы двух сред; обу­слов­ле­но из­ме­не­ни­ем фа­зо­вой ско­ро­сти све­та в сре­де или при пе­ре­хо­де гра­ни­цы сред. Стро­го го­во­ря, П. с. все­гда со­про­во­ж­да­ет­ся ди­фрак­ци­ей и в чис­том ви­де его мож­но вы­де­лить толь­ко в при­бли­же­нии гео­мет­ри­че­ской оп­ти­ки, в ко­то­рой су­ще­ст­ву­ет по­ня­тие све­то­во­го лу­ча. Со­глас­но Фер­ма прин­ци­пу, свет все­гда вы­би­ра­ет крат­чай­шую по вре­ме­ни тра­ек­то­рию ме­ж­ду дву­мя уда­лён­ны­ми точ­ка­ми про­стран­ст­ва. При про­хо­ж­де­нии гра­ди­ент­но не­од­но­род­ной сре­ды свет из­ги­ба­ет­ся на не­од­но­род­но­стях, лу­чи ис­крив­ля­ют­ся в сто­ро­ну боль­ше­го по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния, что, напр., в про­гре­той ат­мо­сфе­ре пус­ты­ни при­во­дит к по­яв­ле­нию ми­ра­жей. Та­кие яв­ле­ния опи­сы­ва­ют­ся гео­мет­рич. оп­ти­кой не­од­но­род­ных сред (см. Реф­рак­ция све­та).

В слу­чае рез­кой гра­ни­цы ме­ж­ду дву­мя про­зрач­ны­ми сре­да­ми раз­лич­ной оп­тич. плот­но­сти (с раз­ны­ми по­ка­за­те­ля­ми пре­лом­ле­ния $n_1$ и $n_2$) П. с. под­чи­ня­ет­ся зако­ну пре­лом­ле­ния Снел­ла: $n_1\sin φ_1=n_2\sin φ_2$, $φ_1$ – угол па­де­ния, $φ_2$ – угол пре­лом­ле­ния (рис.).

Преломление света на границе раздела двух сред с n1<n2. Стрелками показано расположение компонент вектора напряжённости электрического поля в плоскости падения (E1||, E2||), кружками с точкой – пер...

Обыч­но П. с. со­про­во­ж­да­ет­ся от­ра­же­ни­ем све­та ( – угол от­ра­же­ния). Для не­по­гло­щаю­щей (про­зрач­ной) сре­ды пол­ная энер­гия пре­лом­лён­ной вол­ны рав­на раз­но­сти энер­гий па­даю­щей и от­ра­жён­ной волн. Со­от­но­ше­ния ме­ж­ду ам­пли­ту­да­ми, фа­за­ми и по­ля­ри­за­ци­ей от­ра­жён­ной и пре­лом­лён­ной волн оп­ре­де­ля­ют­ся Фре­не­ля фор­му­ла­ми. От­но­ше­ние ин­тен­сив­но­стей пре­лом­лён­ной вол­ны и па­даю­щей на­зы­ва­ет­ся ко­эф. про­пус­ка­ния $T$; он за­ви­сит от по­ка­за­те­лей пре­лом­ле­ния сред, уг­ла па­де­ния и по­ля­ри­за­ции па­даю­щей вол­ны. Ко­эф. про­пус­ка­ния $T$ име­ет две со­став­ляю­щие, од­на ле­жит в плос­ко­сти па­де­ния ($T_{||}$), а дру­гая – в плос­ко­сти, пер­пен­ди­ку­ляр­ной к ней ($T_⊥$). Не­оди­на­ко­вость $T_{||}$ и $T_⊥$ ве­дёт к по­ля­ри­за­ции пре­лом­лён­но­го (и от­ра­жён­но­го) све­то­во­го пуч­ка. Наи­боль­шая по­ля­ри­за­ция про­ис­хо­дит при па­де­нии све­та под уг­лом Брю­сте­ра; в этом слу­чае и пре­лом­лён­ный, и от­ра­жён­ный лу­чи пол­но­стью по­ля­ри­зо­ва­ны и угол ме­ж­ду ни­ми ра­вен 90° (см. Брю­сте­ра за­кон).

Ес­ли свет па­да­ет из оп­ти­че­ски ме­нее плот­ной сре­ды в бо­лее плот­ную ($n_2>n_1$), то $φ_2\lt φ_1$ и пре­лом­лён­ный луч су­ще­ст­ву­ет при всех уг­лах па­де­ния от 0° до 90°. При па­де­нии из оп­ти­че­ски бо­лее плот­ной в ме­нее плот­ную сре­ду ($n_2\lt n_1$) угол $φ_2>φ_1$ и пре­лом­лён­ная вол­на су­ще­ст­ву­ет лишь при уг­лах па­де­ния $φ_1$ от 0° до $φ_1=\arcsin(n_2/n_1)$. При $φ_1\gt\arcsin(n_2/n_1)$ cуществует толь­ко от­ра­жён­ная вол­на, на­блю­да­ет­ся пол­ное внут­рен­нее от­ра­же­ние.

В оп­ти­че­ски ани­зо­троп­ных сре­дах об­ра­зу­ют­ся две пре­лом­лён­ные вол­ны с вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ны­ми по­ля­ри­за­ция­ми: обык­но­вен­ная (пре­лом­ля­ет­ся по зако­ну Снел­ла, т. е. ве­дёт се­бя как в изо­троп­ных сре­дах) и не­обык­но­вен­ная, для ко­то­рой по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния за­ви­сит от на­прав­ле­ния рас­про­стра­не­ния све­та (см. Кри­стал­ло­оп­ти­ка). Это яв­ле­ние ис­поль­зу­ют для ге­не­ра­ции сум­мар­ной и раз­но­ст­ной час­тот в не­ли­ней­ных крис­тал­лах (см. Не­ли­ней­ная оп­ти­ка), по­сколь­ку уда­ёт­ся по­доб­рать на­прав­ле­ния рас­про­стра­не­ния и ви­ды по­ля­ри­за­ции, при ко­то­рых фа­зо­вые ско­ро­сти све­та разл. час­тот оди­на­ко­вы. На гра­ни­це раз­де­ла ани­зо­троп­ных сред, в ко­то­рых фа­зо­вые ско­ро­сти за­ви­сят от на­прав­ле­ний рас­про­стра­не­ния, од­но­му па­даю­ще­му пуч­ку мо­жет со­от­вет­ст­во­вать нес­коль­ко пре­лом­лён­ных.

На гра­ни­це раз­де­ла не­ли­ней­ных сред, у ко­то­рых по­ка­за­те­ли пре­лом­ле­ния за­ви­сят от ин­тен­сив­но­сти све­та, ко­эф­фи­ци­ен­ты про­пус­ка­ния и от­ра­же­ния, в со­от­вет­ст­вии с фор­му­ла­ми Фре­не­ля, ста­но­вят­ся раз­лич­ны­ми для раз­ных ин­тен­сив­но­стей све­та. В ре­зуль­та­те мож­но ста­би­ли­зи­ро­вать ам­пли­туд­ные флук­туа­ции про­хо­дя­ще­го или от­ра­жён­но­го све­та.

На за­ко­нах П. с. ос­но­ва­но уст­рой­ст­во линз и мн. оп­тич. при­бо­ров, слу­жа­щих для из­ме­не­ния на­прав­ле­ния лу­чей све­та и по­лу­че­ния оп­тич. изо­бра­же­ний. П. с. ле­жит в ос­но­ве дей­ст­вия мн. оп­тич. сис­тем.