Cách tính góc lệch pha?

[Đậu Nam Thành]

Sau khi ánh sáng phản xạ toàn phần thì tia sáng phản xạ bị lệch pha là bao nhiêu so với tia tới ?
Giải thích chi tiết cho mình với?

[Colosseo]

Việc tính toán độ lệch pha của ánh sáng khi bị phản xạ phải dựa trên mô hình ánh sáng là sóng điện từ, khảo sát độ phản xạ của ánh sáng tại bề mặt tiếp giáp giữa hai môi trường. Tùy vào giá trị và dấu (+/-) của độ phản xạ và sự phân cực của 2 sóng mà người ta kết luận độ lệch pha. Việc tính toán rất phức tạp, có lẽ không ai có thể nhớ được chi tiết, khi nào cần thì tìm sách để tra cứu lại mà thôi.

Có 3 kết luận quan trọng sau:
Môi trường sóng lan truyền được giả sử là chất điện môi lý tưởng có chiết suất n1.

1. Nếu môi trường thứ 2 là chất dẫn điện lý tưởng (vd: kim loại) thì sóng phản xạ bị lệch pha 180 độ so với sóng tới.

2. Nếu môi trường thứ 2 là chất điện môi lý tưởng có chiết suất n2>n1 thì sóng phản xạ bị lệch pha 180 độ so với sóng tới.

3. Nếu môi trường thứ 2 là chất điện môi lý tưởng có chiết suất n2<n1 thì sóng phản xạ không bị lệch pha so với sóng tới.

[tamanh]

Ánh sáng là sóng điện từ, để xét sự phản xạ và khúc xạ sóng điện từ qua mặt phân cách giữa 2 môi trường và chứng minh được các định luật quang hình thì bạn cần xuất phát từ hệ phương trình Maxwell, rút ra các điều kiện của véc tơ E, B tại mặt phân cách và giải.

Nhưng để trả lời câu hỏi này, bạn chỉ cần giải 2 phương trình véc tơ trong hệ phương trình Maxwell là đủ, đó là:
divD=0 và rotE=-(đạo hàm bậc nhất của véc tơ cảm ứng từ theo thời gian).
Cách giải:
    - Bạn phải vẽ hình đường truyền của các tia sáng tới, tia khúc xạ, tia phản xạ tại mặt phân cách. Từ đó vẽ được các véc tơ E, B sao cho E, B, hướng truyền tạo thành tam diện thuận.
 1 sóng = 1 véc tơ Fresnel = 1 đại lượng phức.
    - Biểu diễn cượng độ điện trường tới, phản xạ và truyền qua bằng các đại lượng phức. Thay vào 2 phương trình trên và lập luận bạn sẽ được :
                                                         Et=2.Ei/(anpha+beta)
                                                         Er=(anpha-beta).Ei/(anpha+beta)
Với Et, Ei, Er lần lượt là các thành phần điện trường của sóng truyền qua, sóng tới, sóng phản xạ.
       anpha=cos(góc khúc xạ)/ cos(góc tới);     
       beta=(epsilon2.n1)/(epsilon1.n2)
Ta thấy:      (anpha+beta)>0, suy ra sóng truyền qua và sóng tới luôn cùng pha.
                  anpha>beta, sóng phản xạ cùng pha sóng tới.
                  anpha<beta, sóng phản xạ ngược pha sóng tới.
                   (chú ý là ở đây epsilon là hằng số điện môi của môi trường).

* Khi phản xạ toàn phần góc khúc xạ = 90, nên anpha=0.

                  beta<0, sóng truyền qua và sóng tới cùng pha.
                  beta>0, sóng phản xạ ngược pha sóng tới.
 n1, n2 là chiết suất của 2 môi trường nên n1, n2 luôn dương.
 dấu của beta phụ thuộc vào dấu của các hằng số điện môi, mà không phụ thuộc vào độ lớn của các chiết suất.

Nếu 2 môi trường là điện môi lý tưởng thì sóng phản xạ và sóng tới luôn ngược pha.