A A A A Автор Тема: Сдвиг фазы при отражении  (Прочитано 5065 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн BalyunovАвтор темы

  • ****
  • Сообщений: 365
  • Рейтинг: +3/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Balyunov
Сдвиг фазы при отражении
« : 22 Фев 2013 [14:30:27] »
Уважаемые форумчане! ответьте, пожалуйста, на такой вопрос по оптике: Какой сдвиг фазы получают отраженные и проходящие лучи света при отражении от полупрозрачной металлической пленки, если интенсивность отраженного и проходящего лучей равна, и нет потерь на поглощение. Заранее спасибо!
Да, еще угол падения пусть близок к нормальному.
« Последнее редактирование: 22 Фев 2013 [14:35:33] от Balyunov »

Оффлайн Greps

  • *****
  • Сообщений: 859
  • Рейтинг: +8/-1
  • Щас спою!
    • Show only replies by Greps
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #1 : 24 Фев 2013 [15:00:20] »
Вопрос чреват, поэтому выступлю под прикрытием цитат :)


1. На рисунке подчёркнуто нужное и зачёркнуто для данного случая лишнее.

2. Цитата - из школьного пособия
How is a beamsplitter actually made? Usually it is
a piece of glass with a dielectric or metal coating
on the front surface. Light striking it from the
front has a 50% (or any other value, depending
on the coating) chance of being reflected, and a
50% chance of being transmitted. In the case
of a dielectric (non-conducting and non-magnetic)
a reflection does indeed induce a phase shift of
пи -, whereas a transmitted photon picks up no
phase shift.

Оба говорят, как видно, одно и то же. Угол падения, похоже, значения не имеет.

Оффлайн BalyunovАвтор темы

  • ****
  • Сообщений: 365
  • Рейтинг: +3/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Balyunov
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #2 : 25 Фев 2013 [06:27:41] »
Вопрос чреват, поэтому выступлю под прикрытием цитат :)


1. На рисунке подчёркнуто нужное и зачёркнуто для данного случая лишнее.

2. Цитата - из школьного пособия
How is a beamsplitter actually made? Usually it is
a piece of glass with a dielectric or metal coating
on the front surface. Light striking it from the
front has a 50% (or any other value, depending
on the coating) chance of being reflected, and a
50% chance of being transmitted. In the case
of a dielectric (non-conducting and non-magnetic)
a reflection does indeed induce a phase shift of
пи -, whereas a transmitted photon picks up no
phase shift.

Оба говорят, как видно, одно и то же. Угол падения, похоже, значения не имеет.
А можно ответ в таком виде: отраженный луч испытывает сдвиг столько то,  прошедший столько то? если не трудно.

что касается фрагмента на английском вот: перевел его диктером

"Как светоделитель на самом деле сделал? Обычно это
 кусок стекла с диэлектриком или металлическим покрытием
 На передней поверхности. Свет, падающий от
 передние имеет 50% (или любое другое значение, в зависимости
 на покрытие) шанс быть отражены, и
 50% вероятность передачи. В случае
 диэлектрика (непроводящей и немагнитной)
отражение действительно вызывают сдвиг фазы
 пи -, в то время как передается фотон забирает не
 фазовый сдвиг."

т.е. фрагмент текста дает ответ не по теме, при отражении от диэлектрика действительно сдвиг фазы пи, но меня интересует сдвиг фазы на светоделителе.
« Последнее редактирование: 25 Фев 2013 [07:25:08] от Balyunov »

Оффлайн lapay

  • *****
  • Сообщений: 2 751
  • Рейтинг: +29/-4
    • Show only replies by lapay
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #3 : 25 Фев 2013 [17:55:42] »
А можно ответ в таком виде: отраженный луч испытывает сдвиг столько то,  прошедший столько то? если не трудно.
Отражённый на девяносто градусов, прошедший на ноль.

Оффлайн BalyunovАвтор темы

  • ****
  • Сообщений: 365
  • Рейтинг: +3/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Balyunov
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #4 : 25 Фев 2013 [20:12:25] »
А можно ответ в таком виде: отраженный луч испытывает сдвиг столько то,  прошедший столько то? если не трудно.
Отражённый на девяносто градусов, прошедший на ноль.

Спасибо!

Оффлайн Greps

  • *****
  • Сообщений: 859
  • Рейтинг: +8/-1
  • Щас спою!
    • Show only replies by Greps
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #5 : 25 Фев 2013 [20:19:41] »
Да, проходит без изменения фазы. Отражается, правда, со сдвигом пи. Там подчёркнуто, что эти фазовые соотношения для типового делителя с диэлектрическим (непроводящим) покрытием. А как будет с проводящим, увы, неясно!

Оффлайн BalyunovАвтор темы

  • ****
  • Сообщений: 365
  • Рейтинг: +3/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Balyunov
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #6 : 26 Фев 2013 [06:19:39] »
Да, проходит без изменения фазы. Отражается, правда, со сдвигом пи. Там подчёркнуто, что эти фазовые соотношения для типового делителя с диэлектрическим (непроводящим) покрытием. А как будет с проводящим, увы, неясно!
Странно, получается между отраженным и преломленным сдвиг пи? Так не может быть, между отраженным и преломленным должен  быть пи/2 это из закона сохранения энергии следует. Вот предыдущий участник видимо верно сказал, только на 90 град вперед или назад?

Оффлайн lapay

  • *****
  • Сообщений: 2 751
  • Рейтинг: +29/-4
    • Show only replies by lapay
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #7 : 26 Фев 2013 [12:29:23] »
Странно, получается между отраженным и преломленным сдвиг пи? Так не может быть, между отраженным и преломленным должен  быть пи/2 это из закона сохранения энергии следует. Вот предыдущий участник видимо верно сказал, только на 90 град вперед или назад?
На делителе комплексная амплитуда отражённой волны сдвигается на i, то есть, назад. Когда два луча смешиваются на диэлектрической пластине, то это происходит с поперечным смещением волн, а на делители без оного. Поэтому и разные углы смещения, и это всё следует, в частности, и из закона сохранения энергии.

Оффлайн Greps

  • *****
  • Сообщений: 859
  • Рейтинг: +8/-1
  • Щас спою!
    • Show only replies by Greps
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #8 : 26 Фев 2013 [17:57:34] »
Так не может быть, между отраженным и преломленным должен  быть пи/2 это из закона сохранения энергии следует.
На картинке, что я приводил - это Клышко, уфн - видно, что:
t и r - коэффициенты пропускания и отражения, удовлетворяют
в отсутствие потерь соотношению |t|2+|r|2=1


Т.е., как можно понять, сумма интенсивностей прошедшего и отражённого пучков равна интенсивности входного.
А из приведённых там матриц видно, что t = 1, r = -1.

Оффлайн BalyunovАвтор темы

  • ****
  • Сообщений: 365
  • Рейтинг: +3/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Balyunov
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #9 : 27 Фев 2013 [07:31:40] »
Так не может быть, между отраженным и преломленным должен  быть пи/2 это из закона сохранения энергии следует.
На картинке, что я приводил - это Клышко, уфн - видно, что:
t и r - коэффициенты пропускания и отражения, удовлетворяют
в отсутствие потерь соотношению |t|2+|r|2=1


Т.е., как можно понять, сумма интенсивностей прошедшего и отражённого пучков равна интенсивности входного.
А из приведённых там матриц видно, что t = 1, r = -1.

Допустим пластинка делит луч на два луча одинаковой интенсивности со сдвигом фаз пи, это значит амплитуды результирующих лучей 1/SQRT(2).  Теперь направим на светоделительную пластинку  с обеих сторон когерентные лучи чтобы сдвиг фазы между ними на пластинке был пи. Тогда отраженная часть от первого луча  и прошедшая часть от второго сойдутся в фазе. Значит амплитуда будет 1/SQRT(2) *2  = SQRT(2)  т.е.  результирующий луч вдвое большей интенсивности. Но точно так же рассуждаем и по другую сторону пластинки.  То есть направили на пластинку два луча единичной интенсивности а получили два луча двойной?

Оффлайн Greps

  • *****
  • Сообщений: 859
  • Рейтинг: +8/-1
  • Щас спою!
    • Show only replies by Greps
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #10 : 27 Фев 2013 [18:33:10] »
Если судить по виду клышковской матрицы, например, для первого делителя -
\(\frac{1}{\sqrt{2}}\Big(\begin{matrix}
1 & -1 \\
1 & 1
  \end{matrix}\Big)\)
то лучи, падающие на делитель с разных сторон (лицо-изнанка), преобразуются по-разному.
Тогда в Вашей схеме получится один выходной луч.

Оффлайн dzver

  • *****
  • Сообщений: 2 912
  • Рейтинг: +65/-4
    • Show only replies by dzver
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #11 : 28 Фев 2013 [01:42:13] »
преобразуются по-разному.
Тогда в Вашей схеме получится один выходной луч.
Как именно по-разному? Если дефазировка отраженного +-pi (в зависимость лицо или изнанка) - что логично из-за симметрии, то парадокс остается.

Оффлайн Greps

  • *****
  • Сообщений: 859
  • Рейтинг: +8/-1
  • Щас спою!
    • Show only replies by Greps
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #12 : 28 Фев 2013 [03:12:19] »
Из матрицы рассеяния видно, что луч, падающий на делитель с изнанки, проходит и отражается без изменения фазы.

Оффлайн dzver

  • *****
  • Сообщений: 2 912
  • Рейтинг: +65/-4
    • Show only replies by dzver
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #13 : 28 Фев 2013 [04:14:49] »
Из матрицы рассеяния видно, что луч, падающий на делитель с изнанки, проходит и отражается без изменения фазы.
Довольно странно, так как это означает отсутствия симметрии отражения пространства (если пластинка делителя физически симметрична - а с чего бы ее не быть симметричной?)
(И вообще-то вроде вопрос про классических когерентных лучей - напр. лазерных, из огромного числа фотонов - для которых фаза сама по себе имеет физ. смысл и измерима физически - так что не совсем понятно можно ли напрямую применять логику матрицы рассеяния одиночного фотона и фазового смещения его волновой функции?)

Пусть пластинка наклонена как /.
Ситуация 1. Запускаем луч слева, он расщепляется на 2 - проходящий вправо без изменения по фазы, отраженный вверх с изменения фазы на pi.
Ситуация 2. Запускаем луч снизу-вверх, он расщепляется на 2 - проходящий вверх без изменения по фазы, отраженный вправо так же без изменения по фазы.

Теперь эти 2 физические ситуации 1 и 2 отличаются только пространственным отражением (по оси пластинки /) - пространственное отражение переводит их друг в друга.
Выходит, либо законы физики не инвариантны относно пространственным отражениям; либо почему-то пластинка делителя обязана быть несимметричной?
« Последнее редактирование: 28 Фев 2013 [04:24:11] от dzver »

Оффлайн BalyunovАвтор темы

  • ****
  • Сообщений: 365
  • Рейтинг: +3/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Balyunov
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #14 : 28 Фев 2013 [07:21:37] »
Из матрицы рассеяния видно, что луч, падающий на делитель с изнанки, проходит и отражается без изменения фазы.
Довольно странно, так как это означает отсутствия симметрии отражения пространства (если пластинка делителя физически симметрична - а с чего бы ее не быть симметричной?)
(И вообще-то вроде вопрос про классических когерентных лучей - напр. лазерных, из огромного числа фотонов - для которых фаза сама по себе имеет физ. смысл и измерима физически - так что не совсем понятно можно ли напрямую применять логику матрицы рассеяния одиночного фотона и фазового смещения его волновой функции?)

Пусть пластинка наклонена как /.
Ситуация 1. Запускаем луч слева, он расщепляется на 2 - проходящий вправо без изменения по фазы, отраженный вверх с изменения фазы на pi.
Ситуация 2. Запускаем луч снизу-вверх, он расщепляется на 2 - проходящий вверх без изменения по фазы, отраженный вправо так же без изменения по фазы.

Теперь эти 2 физические ситуации 1 и 2 отличаются только пространственным отражением (по оси пластинки /) - пространственное отражение переводит их друг в друга.
Выходит, либо законы физики не инвариантны относно пространственным отражениям; либо почему-то пластинка делителя обязана быть несимметричной?

вот тут сказано
Когда два луча смешиваются на диэлектрической пластине, то это происходит с поперечным смещением волн, а на делители без оного. Поэтому и разные углы смещения,
интересно как это с поперечным смещением? Уважаемый lapay не объясните подробнее?

Оффлайн lapay

  • *****
  • Сообщений: 2 751
  • Рейтинг: +29/-4
    • Show only replies by lapay
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #15 : 28 Фев 2013 [10:29:00] »
интересно как это с поперечным смещением? Уважаемый lapay не объясните подробнее?
Вообще-то я поспешил с ответом. Пока сам не знаю, как там получается сдвиг на четверть волны. А зеркала могут быть не только металлическими, но и диэлектрическими.


Оффлайн BalyunovАвтор темы

  • ****
  • Сообщений: 365
  • Рейтинг: +3/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Balyunov
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #16 : 28 Фев 2013 [11:54:52] »
интересно как это с поперечным смещением? Уважаемый lapay не объясните подробнее?
Вообще-то я поспешил с ответом. Пока сам не знаю, как там получается сдвиг на четверть волны. А зеркала могут быть не только металлическими, но и диэлектрическими.


Вообще я изначально предполагал что лучи на мет. пластине делятся как показано на рисунке.
Здесь угол между прошедшим и отраженным лучами в  пи/4 пи/2 выбран из условия полного гашения одного из результирующих лучей, при сложении на пластинке двух лучей падающих с обеих сторон.
А угол между падающим и двумя другими выбран из условия отсутствия тангенциальной составляющей вектора Е на мет. пластине.
Правда можно поменять фазы прошедшего и отраженного лучей и оба условия останутся выполненными.
Какого то нового условия чтобы устранить произвол я не нашел.
« Последнее редактирование: 20 Июн 2013 [13:32:19] от Balyunov »

Оффлайн lapay

  • *****
  • Сообщений: 2 751
  • Рейтинг: +29/-4
    • Show only replies by lapay
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #17 : 28 Фев 2013 [13:48:31] »
А угол между падающим и двумя другими выбран из условия отсутствия тангенциальной составляющей вектора Е на мет. пластине.
Правда можно поменять фазы прошедшего и отраженного лучей и оба условия останутся выполненными.
Какого то нового условия чтобы устранить произвол я не нашел.
Какой именно делитель не имеет большого значения, лишь бы он был симметричен. Я посчитал частный случай двухлучевой интерференции для диэлектрической пластины, когда внутри пластины нет каскада отражений. Выходной сигнал не отличается по фазе от входного, то есть, действительно есть сдвиг на восьмую часть волны в противоположные стороны для прошедшего и отражённого сигнала. А вот в какую именно сторону - надо считать, наверное, в зависимости от конкретной толщины диэлектрика.

Оффлайн Greps

  • *****
  • Сообщений: 859
  • Рейтинг: +8/-1
  • Щас спою!
    • Show only replies by Greps
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #18 : 28 Фев 2013 [20:26:35] »
Из матрицы рассеяния видно, что луч, падающий на делитель с изнанки, проходит и отражается без изменения фазы.
... (если пластинка делителя физически симметрична - а с чего бы ее не быть симметричной?)...
Действительно, с чего бы? Но, по всей видимости, матрица дана как раз для физически несимметричного делителя с диэлектрическим покрытием отражающей поверхности (и, очень вероятно, совершенно типового). Однако делитель с таким покрытием, наверное, не в тему.

Оффлайн lapay

  • *****
  • Сообщений: 2 751
  • Рейтинг: +29/-4
    • Show only replies by lapay
Re: Сдвиг фазы при отражении
« Ответ #19 : 28 Фев 2013 [22:14:32] »
Вообще не понятно, как, при симметричном делителе в виде диэлектрической пластины, может получиться сдвиг фаз между прошедшем и отражённым лучом в четверть волны. Но так должно быть из закона сохранения энергии.