En el fondo, esto se debe a que todos los materiales normales no son magnéticos a frecuencias ópticas.
Dejame explicar.
Considere la propagación de la luz como una onda plana que cae en una interfaz plana entre dos medios. Como saben, en el escenario general, esperamos que haya cierta cantidad de reflexión y cierta cantidad de transmisión.
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Crédito de la imagen: Nusha . Fuente: Wikimedia Commons
Ahora, como la luz es una onda electromagnética, su propagación se describe mediante las ecuaciones de Maxwell. Entonces, naturalmente, las condiciones de frontera que respetan las ecuaciones de Maxwell deben cumplirse en la interfaz. La continuidad del componente paralelo de los campos E y H en la luz da dos resultados bien conocidos:
- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
- El ángulo de refracción está relacionado con el ángulo de incidencia según la ley de Snell
Pero esto no es suficiente. Solo sabemos de qué manera la luz se refleja / transmite, no cuánto. Para eso, necesitamos resolver todas las condiciones de contorno en toda su gloria y llegar a las ecuaciones de Fresnel.
Según las ecuaciones de Fresnel, los coeficientes de reflexión y transmisión dependen de si la onda entrante tiene un campo eléctrico polarizado en el plano de incidencia (polarización p) o perpendicular a él (polarización s). Los coeficientes de reflexión de amplitud para los dos casos son:
[math] r_s = \ frac {\ mu_2 k_ {1z} – \ mu_1 k_ {2z}} {\ mu_2 k_ {1z} + \ mu_1 k_ {2z}} [/ math]
[matemáticas] r_p = \ frac {\ varepsilon_2 k_ {1z} – \ varepsilon_1 k_ {2z}} {\ varepsilon_2 k_ {1z} + \ varepsilon_1 k_ {2z}} [/ math]
Aquí, [math] \ mu_i [/ math] y [math] \ varepsilon_i [/ math] son la permeabilidad relativa y la permitividad relativa para los medios, donde como [math] k_ {iz} [/ math] son los componentes normales de los vectores de onda en los dos medios.
Para la mayoría de los materiales normales, [math] \ varepsilon [/ math] es> = 1 a frecuencias ópticas. La excepción a esta regla son los metales, que pueden tener permisos inferiores a 1 e incluso negativos. Por otro lado, [matemáticas] \ mu [/ matemáticas] es casi exactamente 1. Los átomos simplemente no pueden mantener un momento dipolar que varía con las frecuencias ópticas (Landau explica esto en su Electrodinámica de medios continuos . Sin embargo, los metamateriales pueden tener [matemáticas] \ mu \ neq 1 [/ math] a frecuencias ópticas)
Ahora, para que ocurra la reflexión cero, necesitamos el numerador de [math] r_ {p / s} [/ math] para ir a cero. Pero la igualdad de [math] \ mu [/ math] en los dos medios significa que esto solo es posible para [math] r_s [/ math] si [math] k_ {1z} = k_ {2z} [/ math]. Esto requeriría que ambos medios sean idénticos, lo cual no es un caso muy útil.
Sin embargo, el caso de [math] r_p [/ math] es diferente. Necesitamos [math] \ varepsilon_2 k_ {1z} – \ varepsilon_1 k_ {2z} = 0 [/ math]. Como [math] \ varepsilon [/ math] es diferente para los dos medios, es posible elegir un ángulo de incidencia para el cual [math] \ frac {k_ {1z}} {k_ {2z}} = \ frac {\ varepsilon_1} {\ varepsilon_2} [/ math], dejando que [math] r_p = 0 [/ math]
En este ángulo particular, tendríamos cero reflexión para la luz polarizada p pero reflexión finita para la luz polarizada s. Este es el ángulo de Brewster, que permite que la polarización se refleje. Si los materiales hubieran sido magnéticos a frecuencias ópticas, hubiéramos tenido dos ángulos de Brewster diferentes que permitieran reflejos polarizados syp, respectivamente.
