Uso de la ley de Snell en coeficientes de transmisión y reflexión

Si tenemos una onda electromagnética propagándose entre dos medios con índices de refracción norte 1 y norte 2 . Los coeficientes de reflexión y transmisión en la interfaz se pueden escribir de 'Optics, Light, and Lasers' de Dieter Meschede, como

(1) r = mi r mi i = norte 1 porque θ i norte 2 porque θ t norte 1 porque θ i + norte 2 porque θ t , t = mi t mi i = 2 norte 1 porque θ i norte 1 porque θ i + norte 2 porque θ t ,

donde los índices i , r , y t significa incidente, reflejado y transmitido, mi es el campo eléctrico y θ el ángulo formado entre la dirección de propagación y la normal a la interfaz tal que, la ley de Snell se escribe norte 1 pecado θ i = norte 2 pecado θ t . Usando la ley de Snell y sustituyendo en la ecuación (1) por norte 1 , los coeficientes de reflexión y transmisión se pueden escribir como

(2) r = norte 2 porque θ i pecado θ t pecado θ i norte 2 porque θ t norte 2 porque θ i pecado θ t pecado θ i + norte 2 porque θ t = porque θ i pecado θ t porque θ t pecado θ i porque θ i pecado θ t + porque θ t pecado θ i = pecado ( θ i θ t ) pecado ( θ i + θ t ) .

y para t

(3) t = 2 porque ( θ i ) pecado ( θ t ) pecado ( θ i + θ t ) .

Escrito en forma de ecuación (2 y 3) parece implicar una inconsistencia no observada en la ecuación (1). Si el ángulo de incidencia θ i = 0 entonces la ley de Snell nos dice que el ángulo transmitido será θ t = 0 , usando la ecuación (1) tenemos

(4) r = norte 1 norte 2 norte 1 + norte 2 , t = 2 norte 1 norte 1 + norte 2 .

Sin embargo, usando la ecuación (2 y 3) tenemos

(5) r = pecado ( 0 ) pecado ( 0 ) , t = 2 pecado ( 0 ) pecado ( 0 ) .

Eq.(4) y Eq.(5) son claramente diferentes, una es finita y da un resultado razonable, mientras que la otra no está definida. ¿Parece haber un error en mi razonamiento?

@OfekGillon Sustituyendo la ley de Snell en Eq1 por n1. Eq2 también se puede encontrar en libros de óptica como `Optics, Light, and Lasers' de Dieter Meschede.
Compruebe la derivación de la ec. 2, ¿realmente puedes sustituir 0?
Eq2 y 3 me parecen bien. Supongo que esa es mi pregunta, poner 0 para los ángulos está bien en uno pero no en el otro.

Respuestas (1)

la respuesta es que 0 0 simplemente no está bien definido. Para obtener la ec. 2, necesitas multiplicar tanto el numerador como el denominador en pecado θ t cual es 0 para θ i = 0 , lo que significa que esto no está permitido matemáticamente para el caso que escribió. Sin embargo, puede verificar para qué se acerca θ i 0 y tomando la regla de L'hospital y derivando ambas partes de la fracción con respecto a θ i , teniendo en cuenta que d θ t d θ i | θ i = 0 = norte 1 norte 2 , obtendrás exactamente la ecuación 4

No estoy seguro de entender, ¿qué ecuación estás multiplicando el numerador y el denominador por pecado θ t ?
Como escribiste en tu derivación, hay una parte que multiplicas y divides algo por pecado θ t ¿bien?