Изотропные и анизотропные среды, абсолютный и относительный показатели преломления.

При рассмотрении распространения света в прозрачной среде необходимо учитывать свойства этой среды.

Выделяется два вида сред: изотропные и анизотропные среды.

Изотропной однородной средой называется среда, свойства которой во всех направлениях являются одинаковыми, например, стекло без всяких вкраплений. Если в среде есть вкрапления, например, воздушные пузыри в стекле, то среда называется изотропной неоднородной средой.

Анизотропной однородной средой называется среда, имеющая различные свойства в различных направлениях, которые определяются диэлектрической проницаемостью вещества.

При распространении света в прозрачных однородных изотропных средах, таких как вода, стекло и т.д., скорость распространения света всегда меньше, чем в вакууме, поэтому скорость распространения света в среде может быть выражена следующим образом

(1.3),

где m-относительная магнитная проницаемость, в прозрачных средах равная единице; e-относительная диэлектрическая проницаемость, для диэлектриков всегда больше единицы. Таким образом, скорость распространения света в среде и в вакууме связаны

(1.4)

Физическая величина, показывающая во сколько раз скорость распространения света в среде меньше, чем в вакууме называется абсолютным показателем преломления. Абсолютный показатель преломления всегда больше или равна ³1.

Если две среды имеют границу раздела, то при переходе света из одной среды в другую вводится понятие относительного показателя преломления. Относительным показателем преломления называется отношение абсолютного показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды

(1.5)

Согласно выражению (1.5) относительный показатель преломления может быть как меньше, так и больше единицы

Формула (1.4) связывает оптические свойства вещества с его электрическими свойствами. На первый взгляд может показаться, что эта формула неверна. Например, для воды e=81, n =1,33. Однако надо иметь в виду, что значение e=81 получено из электростатических измерений. В быстропеременных электрических полях значение e получается иным, причем оно зависит от частоты колебаний поля. Этим объясняется дисперсия света, т. е. зависимость показателя преломления (или скорости света) от частоты (или длины волны). Подстановка в формулу (1.4) значения e, полученного для соответствующей частоты, приводит к правильному значению показателя преломления. Значения показателя преломления характеризуют оптическую плотность среды. Среда с большим показателем преломления n называется оптически более плотной, чем среда с меньшим показателем преломления n. Соответственно среда с меньшим n называется оптически менее плотной, чем среда с большим n.

Длины волн видимого света заключены в пределах l_о = 0,38 4-0,76 мкм Эти значения относятся к световым волнам в вакууме. В веществе длины световых волн будут иными. В случае колебаний частоты длина волны в вакууме равна l_о =c/n. В среде, в которой фазовая скорость световой волны , длина волны имеет значение .. Таким образом, длина световой волны в среде с показателем преломления n связана с длиной волны в вакууме соотношением

(1,6)