Oscilación dipolar colectiva y reflexión especular

Digamos que hago brillar la luz sobre una superficie y observo un reflejo especular. Si miro con un microscopio electrónico, veo partículas diminutas mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz (~10 nm) y también muy juntas (~10 nm). Sé que estas diminutas partículas son muy absorbentes, pero resulta que también reflejan muy bien la luz.

Además, dado que las partículas son mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz, una aproximación cuasiestática es válida, es decir, la partícula ve un campo uniforme y puede considerarse como un dipolo oscilante.

Ahora, la absorción se puede explicar debido a la descomposición de la oscilación en procesos no radiativos. Sin embargo, la reflexión lo es menos. He leído varios artículos y busqué diferentes fuentes. Parece que el fenómeno es afín a lo que es el origen del ángulo de Brewster.

De Wikipedia:

El mecanismo físico para este [ángulo de Brewster] puede entenderse cualitativamente a partir de la forma en que los dipolos eléctricos en los medios responden a la luz polarizada p. Uno puede imaginar que la luz que incide en la superficie es absorbida y luego re-irradiada por dipolos eléctricos oscilantes.en la interfaz entre los dos medios. La polarización de la luz que se propaga libremente es siempre perpendicular a la dirección en la que viaja la luz. Los dipolos que producen la luz transmitida (refractada) oscilan en la dirección de polarización de esa luz. Estos mismos dipolos oscilantes también generan la luz reflejada. Sin embargo, los dipolos no irradian energía en la dirección del momento dipolar. Si la luz refractada tiene polarización p y se propaga exactamente perpendicular a la dirección en la que se predice que la luz se reflejará especularmente, los dipolos apuntan a lo largo de la dirección de reflexión especular y, por lo tanto, no se puede reflejar ninguna luz.

Ahora, trato de imaginar muchos dipolos radiando perpendicularmente al momento dipolar como:

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En el caso del ángulo de Brewster, la pregunta es cómo una superficie puede tener tal contraste en la intensidad reflejada s- vs p-pol. Aquí, quiero entender cómo los dipolos oscilantes distribuidos aleatoriamente (excitados por una onda plana EM incidente) pueden generar una reflexión especular para la polarización s.

A mi modo de ver, una vez excitados, los dipolos irradiarán (como en el gif) y, debido a la interferencia, solo se observará una reflexión especular. Obviamente, esta explicación es muy cruda y limitada... Siento que el acoplamiento no debe quedar fuera, ya que las partículas también están lo suficientemente cerca como para que su dipolo interactúe. ¿Existe una explicación "simple" para explicar/comprender por qué un grupo de dipolos (distribuidos aleatoriamente) puede generar una reflexión especular?

Respuestas (1)

He encontrado la respuesta. De Hiroyuki Fujiwara Elipsometría Espectroscópica: Principios y Aplicacionesingrese la descripción de la imagen aquí

A partir de 2.10(b), se puede considerar una onda plana con ángulo de incidencia. El espacio entre los dipolos provoca que el campo radiado de cada dipolo esté desfasado, la interferencia en el campo lejano genera una onda frontal reflejada con un ángulo que emerge del ligero desfase. Probablemente no lo esté expresando de una manera técnicamente precisa, sin embargo, creo que uno puede entenderlo claramente a partir de la imagen...