2.5. Коэффициент отражения

П ри нормальном падении света из среды с показателем преломления п₁ в среду с показателем преломления п₂ доля отраженного света R (коэффициент отражения по интенсивности) выражается следующим образом:

.

Отражение света при разности показателей преломления существует из-за разности характеристических сопротивлений двух сред на границе раздела . Это отражение, в основе которого лежит различие в показателях преломления, называется френелевским.

К оэффициент пропускания Т материала толщиной d с коэффициентом поглощения α без учета интерференции на поверхности раздела (рис.2.6) можно представить в виде:

.

Если между средами I и II с n₁ и n₂ ввести среду III (n₃) толщиной d (рис. 2.7), то коэффициент отражения со стороны среды II можно записать в виде:

, (2.5)

где - постоянная распространения среды III.

Если толщина промежуточного слоя III равно четверти длины волны, т.е. , а , то по выражению (2.5) R=0. Этот эффект используется в просветляющих пленках для снижения торцевого отражения в оптических устройствах.

2.6. Полное внутреннее отражение

П ри падении света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (n₁>n₂) можно наблюдать явление полного внутреннего отражения (рис. 2.8, а).

По закону Снеллиуса:

Если φ_пр=π/2, т.е. , то

, (2.6)

Угол падения, определяемый выражением (2.6), называется критическим углом или углом Брюстера θ_Br. При падении света под углом φ_п=θ_Br преломленный луч распространяется по границе раздела. При всех углах падения, больше угла Брюстера (φ_п>θ_Br), преломленный луч отсутствует. Таким образом, при соблюдении условия φ_п ≥ θ_Br луч распространяется в первой среде, не попадая во вторую. Полное внутреннее отражение возможно лишь при соблюдении условия n₁>n₂. При n₁<n₂ выполнение условия (2.6) невозможно (рис. 2.8, б).

Явление полного внутреннего отражения широко используется для передачи светового сигнала в волоконных световодах, в планарных световодах, а также в лазерах с распределенной обратной связью.

2.7. Фотопроводимость и фотогальванический эффект (внутренний и внешний фотоэффект)

Фотопроводимость. При облучении светом полупроводника в нем происходит возбуждение носителей заряда, что приводит к увеличению электропроводимости. Фотопроводимость (внутренний фотоэффект) применяется в оптических датчиках.

При облучении электрода вакуумной лампы возникает эмиссия электронов (внешний фотоэффект). Чем меньше работа выхода материала, тем сильнее проявляется эффект.

Фотогальванический эффект. Если осветить окрестности поверхности перехода в полупроводнике, появиться ЭДС.

Пироэлектрический эффект. При нагревании некоторых материалов возникает ЭДС. Этот эффект характеризуется высокой чувствительностью к ИК-излучению (недостаток: большая инерционность).

Болометрический эффект. Болометр – устройство, в котором при изменении температуры происходит значительное изменение электрического сопротивления. Он применяется в качестве фотодетектора там, где под действием света происходит изменение температуры.