Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Если все перечисленные обстоятельства устранены путем применения специальных, весьма сложных экспериментальных приемов, выступают уже неустранимые факторы, связанные с самой структурой вещества. Дело в том, что асимметрия внутреннего поля у поверхности необходимо создает особую структуру вещества вблизи нее, особые энергетические уровни и т. п.
На основании изложенного, независимо от деталей, можно утверждать, что на поверхности любого вещества имеется поверхностный слой, а на границе раздела любых сред - переходный слой.
Все явления на поверхности и около нее, очевидно, чрезвычайно важны для понимания механизма отражения света и должны быть проанализированы любой теорией отражения. Влияние поверхностного слоя на отражение рассмотрено в гл. 5 и 6; указанные отступления найдут там свое объяснение. Рассмотрение микротеории в гл. 3 показывает, что самый факт дискретной, а не континуальной структуры вещества уже приводит к эффектам, подобным описанным выше. Однако эффекты этого происхождения на порядок меньше эффектов, созданных
80
ПРОСТЕЙШАЯ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ [ГЛ. Г1
присущей поверхности структурой, и полностью маскируются последними.
Изменение фазы при полном внутреннем отражении (см. рис. 9) измерялось непосредственно в работе [62|; результаты совпадают с теорией в пределах точности эксперимента. Там же было показано, что при полном внутреннем отражении А<0, а для металлов Егх опережает Ег и.
И. Поглощающие среды. Точная проверка формул Френеля для поглощающих сред весьма нелегка. Для малых значений к, где независимые его определения и определения п несложны и точны, структура формул
(3.22) и (3.23), а также (4.14) и (4.15) такова, что большие изменения % всюду, кроме фкр, весьма мало влияют на амплитуды и фазы Ег (подробное обсуждение точности измерений см. в § 32). При больших значениях % (таких, как у металлов) независимые от отражения измерения п и к и тем более пф, хф дают малую точность и весьма затруднительны. Прямые измерения фазовых скачков при отражении удается провести только с точностями порядка 15% (см., например, [62-64]).
Прямым доказательством правильности выбора одинаковых знаков минус в (3.22) и (3.23) служит равенство Д = 0приф=0;в цитированных работах Н. И. Шкля-ревского с сотрудниками [12, 64] это равенство подтверждено экспериментально.
Весьма существенная трудность заключается в том, что глубина проникновения волны в сильно поглощающую среду невелика - порядка 100 А и менее, и влияние поверхностных загрязнений, нарушений структуры и т. п. значительно сильнее, чем у непоглощающих сред.
Вследствие всего сказанного, обнаружение столь тонких эффектов, как рассмотренные выше, в настоящее время встречает трудности. В частности, исключительно трудно обнаружить малые эллиптичности и разности фаз на фоне больших аналогичных эффектов, имеющихся согласно § 4. В пределах точности измерений эксперимент подтверждает изложенную теорию.
Наконец, для многих металлов и некоторых других сред сами формулы Френеля принципиально неприменимы вследствие эффектов пространственной дисперсии (см. § 18 и 28).
ГЛАВА ВТОРАЯ
КОНФИГУРАЦИЯ ПОЛЕЙ И НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЭНЕРГИИ
§ 7. Непоглощающие среды
Формулы (3.22) и (3.23) позволяют полностью описать отраженную волну. Однако для понимания физического механизма возникновения этой волны, баланса и направления движения энергии при отражении необходимо проанализировать характер и конфигурацию поля в отражающей среде 2.
В ряде случаев некоторые практически важные стороны процессов удобно рассмотреть (так же, как и, выше) на основе феноменологической теории, хотя она здесь дает общие итоги всего процесса в целом, без анализа цепи превращений энергии ').
При падении плоской волны на границу раздела двух прозрачных сред при п\<.п2 отраженная и преломленная волны, как видно из § 1, представляют однородные волны: векторы Е и Н лежат в одной плоскости, перпендикулярной к s и к, и поляризованы одинаково. Электрическая и магнитная энергии в них равны (приложение I).
Векторы потока энергии
S = -?-[EH], Sr = ^-[E,Hr]t Sd - [EdHd],
') Подробности подобного процесса в свободной плазме и ионосфере рассмотрены, например, в работах [I, 2]; для других сред см. ниже. .
6 В. А. Кизель
82
КОНФИГУРАЦИЯ ПОЛЕЙ И ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ [ГЛ. 2
по направлениям совпадают с s, sr, sd, т. е. лежат соответственно в плоскостях падения (рис. 33, а), отражения и преломления.
Потоки энергии через единицу площади на поверхности равны SN, -S,N, SdN; очевидно
(S+Sr-Sd)N = 0. (7.1)
Последнее уравнение имеет ясный. физический смысл - оно фиксирует отсутствие накопления энергии на поверхности. Это уравнение имеет большую общность - оно может быть доказано строго, исходя только из уравнений Максвелла и граничных условий (1.3) -
¦ (1.6) для любых двух сред, в том числе и поглощающих. Однако для последующего
¦ важно подчеркнуть, что
(7.1) справедливо только в рассматриваемом приближении, когда граница раздела
Рис. 33. Расположение волновых векторов: о) при отражении, nt<n2; б, в) при полном внутреннем отражении.
