Сдвиг фазы при отражении

[Balyunov]

Прошу прощения я в сообщении #16 указал сдвиг фаз между отраженным и прошедшим в  пи/4 а надо в пи/2 (в самом сообщении исправлено). Путаница возникла из того что пи/2 соответствует lambda/4

[Balyunov]

По поводу отражения от преломляющей поверхности парадокс решается просто. Сдвиг фаз 0 и 180 град. т.е все лежат на одной прямой. Пусть например показатель преломления N=1.5, тогда амплитуда отраженной будет -0.2, а поскольку тангенциальные составляющие должны быть равны, амплитуда прошедшей должна быть 0.8 . Слагаем интенсивности 0.2^2+0.8^2=0.68 ??
Казалось бы куда делась энергия? Но забыли, в среде интенсивность пропорциональна N*E^2 :  0.2^2 + 0.8^2 *1.5 = 1. Значит сдвиг в пи не нарушает закон сохранения энергии.

Теперь по поводу пластинки в целом, казалось бы если обе поверхности одинаковые, как может выполняться ЗСЭ. Я думаю в этом случае сдвиг не будет уже равен пи, поскольку луч многократно переотражается от поверхностей. А если одну из поверхностей просветлить то симметрия точно нарушится.

[dzver]

Вообще-то есть интересный парадоксик безо всяких пластинок.
Насочим двух одинаковых лазеров навстречу друг друга, притом смещение фазы либо pi либо 0.
Оба пучка либо гасятся полностью, либо удваиваются по амплитудe.
Куда уходит энергия и что с ней происходит при этом?

: )

[dzver]

Это почему же?

Не выразился совсем корректно.
В навстречном случае м/у источников образуется стоячая волна (типа сумма синусов фаз) - как м/у зеркал - в которой конечно замкнута какая-то конечная энергия - но энергия волны никуда не уносится (а энергия тратится на подпитки все время).
Гашением можно добиться в идеализированном однонаправленном случае (оба источника излучают плоских волн И1-> И2->) при этом И2 излучает "в тени" И1 и "нейтрализирует" (частично) его потока.

[dzver]

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.

Что тут непонятного в принципе.
Ведь два результантных луча идут в разных направлений относно входного (типа отраженный под 90 град к входного и проходящий паралельный входного), ситуация сама по себе асимметрична - т.е. разница фаз двух выходных лучей для симм. пластинке вполне может иметь место.
Для симметричной пластинки просто эта разница фаз должна быть одинакова; вне значения падает ли вх. луч на лицевую поверхность пластины или на обратную (из-за соображений отражательной симметрии переводящей обоих ситуаций друг к другу, которые я привел в прежнем сообщении).

Симметричную 50% пластинку можно сделать "слепив симметрично" двух ассиметричных, каждая из которых с коефф. прохождения 1/sqrt(2).

[nikifmihail]

Если делитель ассиметричный, то отраженный луч получит смещение в Пи при прохождении только с одной стороны. Если же делитель симметричный, то смещение будет в Пи/2 при любом направлении отражения. При двойном проходе общая разность фаз, если потом оба луча свести вместе (как например это делается в Интерферометре Маха - Цендера) будет в любом случае равна Пи. Именно поэтому если плечи интерферометра имеют равную длину, то после прохождения второго полупрозрачного зеркала у нас половина лучей погасит друг друга (так как будет в противофазе), а другая усилит друг друга. На выходе мы будем иметь один луч двойной интенсивности (относительно интенсивности в плечах имеется в виду, но такой же как на входе в прибор).

Вот даже на Wiki и картинка есть, где указаны сдвиги фаз (синим и красным).
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Beam_Split_and_fuse.svg

[Serg53]

Да, проходит без изменения фазы. Отражается, правда, со сдвигом пи.

Да, при отражении, фаза электромагнитной волны изменяется на 180 угловых градусов.

[zam2]

Да, при отражении, фаза электромагнитной волны изменяется на 180 угловых градусов.

Следует уточнить - при отражении от границы с более оптически плотной средой.

[nikifmihail]

а кстати вот так примерно у меня выглядит прохождение волны через идеальный симметричный полуотражатель.
это просто волновая симуляция, которую я делал во флеше. и амплитуды конечно поделились не совсем поровну.
однако видно, что сдвиг фаз отражённого луча составляет Пи/2, то есть четверть длины волны. Так где у
прошедшей волны пики или впадины, там у отражённой нулевое положение.

p.s. причем интересно, но от степени преломления (разницы скоростей волн в двух средах) в моей симуляции сдвиг фаз вроде как не зависит. Всегда Пи/2. Так и должно быть? Если же скорость волны в полуотражателе сделать равной нулю (то есть мы делаем из него идеальный отражатель), то совершенно честно фаза волны меняется на Пи, как и должно быть для зеркала. Тут всё верно.

[Serg53]

Да, при отражении, фаза электромагнитной волны изменяется на 180 угловых градусов.

Следует уточнить - при отражении от границы с более оптически плотной средой.

Да, изменение фазы при отражении от менее плотной среды имеет более сложные закономерности:

[nikifmihail]

Спасибо за графики. Да, речь шла об отражении от более плотной среды. Правда я понял, что из-за одномерности в моей симуляции , речь об угле падения вообще не идёт, он как бы всегда один =). И это является аналогом угла в 90 градусов при падении в 2-х (или 3-х) мерном случае. Впрочем понятно, почему в одномерном варианте вообще нет зависимости сдвига фазы при отражении от коэффициента преломления. Это аналог падения волны по нормали. Вообщем одномерная симуляция - это барахло =). К реальному миру это можно применить только для некоторых отдельных ситуаций.

[аФон+]

При двойном проходе общая разность фаз, если потом оба луча свести вместе (как например это делается в Интерферометре Маха - Цендера) будет в любом случае равна Пи. Именно поэтому если плечи интерферометра имеют равную длину, то после прохождения второго полупрозрачного зеркала у нас половина лучей погасит друг друга (так как будет в противофазе), а другая усилит друг друга. На выходе мы будем иметь один луч двойной интенсивности (относительно интенсивности в плечах имеется в виду, но такой же как на входе в прибор).

Не ясно, как получается асимметрия.
Если рассмотреть путь луча снизу вверх и вправо(в правый детектор), то будет 2 отражения на зеркалах и в итоге получим сдвиг на две полуволны, а луч, который идет снизу вправо, вверх и  в правый детектор также отразится на двух зеркалах (нижнем и верхнем) и получим те же две полуволны.

Если смотреть луч, который идет  снизу вверх, вправо и в верхний детектор, то будет три отражения на зеркалах (нижнем, верхнем левом и верхнем правом) - это три полуволны, а нижний луч, который идет снизу вправо и в верхний детектор отразится на одном зеркале, получит сдвиг полволны.
Разница между тремя полуволнами и одной полуволной даст целую волну.
То есть ситуации интерференционного минимума не получается.

[Serg53]

Не ясно, как получается асимметрия.

В правом верхнем углу картинки не совсем корректные записи результатов. Вместо буквы лямбда использую букву А -
верхний путь А/2 + А/2 + А + К = 2А + К --> правый детектор
нижний путь А + К + А/2 + А/2 = 2А + К --> правый детектор
В правом детекторе разности хода нет

верхний путь А/2 + А/2 + А/2 = 3А/2 --> верхний детектор
нижний путь А + К + А/2 + А + К = 5А/2 + 2К --> верхний детектор
В верхнем детекторе есть разность хода

Так что же такое электромагнетизм - волна или фотон? Почему возникают крайние проявления электромагнетизма - электрические заряды и магнитные диполи, а кое-кто даже утверждает, что существуют магнитные монополи. Увы, мы не знаем, что такое электромагнетизм. Но знаем и умеем воспроизводить в опытах многие проявления электромагнетизма. Но, увы, не все.

[аФон+]

верхний путь А/2 + А/2 + А + К = 2А + К --> правый детектор

Почему вы добавляете длину волны, это при каком таком отражении теряется (или добавляется) длина волны?
"К" можно вообще убрать, если использовать вот такие зеркала:

[Serg53]

при каком таком отражении теряется (или добавляется) длина волны?   "К" можно вообще убрать

При отражении фаза меняется на А/2, "К" возникает при преломлении и "А" тоже.

Следует уточнить - при отражении от границы с более оптически плотной средой.

[аФон+]

"К" возникает при преломлении и "А" тоже.

Если использовать мой рисунок, то К+А не нужны

[аФон+]

верхний путь А/2 + А/2 + А/2 = 3А/2 --> верхний детекторнижний путь А + К + А/2 + А + К = 5А/2 + 2К --> верхний детектор

Вообще весь смысл этой схемы в том, чтобы получить интерференционный минимум на одном детекторе (свет туда не идет) и максимум на другом, свет только туда и идет.
Ваши расчеты это сделать не позволяют.

Короче, хотя бы одно из полупрозрачных зеркал делителей должно быть диэлектрическим, иначе не получится.

[аФон+]

У кого-нибудь есть идеи почему тут говорится о четверть волне, а не о полуволне?

Имеется излучатель одиночных фотонов, два детектора и система зеркал, обеспечивающая два альтернативных, одинаковых по длине пути фотона от излучателя к детекторам. В случае, если оба пути открыты, фотон может попасть только в детектор D2. Почему это происходит – в общих чертах уже объяснялось в шестой части, теперь у нас есть более точное объяснение.

Частица, свободно летящая в пространстве, представляет собой на самом деле вытянутое облако реализуемых виртуальных вариантов. Вектор амплитуды вероятности вдоль этого облака циклически меняется по направлению, образуя подобие волны. На полупрозрачном зеркале это облако разделяется надвое. Причём, в том «полуоблаке», которое «отражается» от зеркала, происходит сдвиг по фазе на четверть волны. Или, что то же самое, проворот всех векторов амплитуд вероятности на четверть оборота в их условном пространстве. А в том, которое проходит зеркало насквозь, никакого сдвига фазы нет. Вот как-то так:
https://eslitak.livejournal.com/241318.html