Fresnelreflexionen

Fresnelreflexionen bezeichnen die Reflexion und Transmission von Licht an Grenzflächen zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindices. Sie ergeben sich aus den Fresnel-Gleichungen, die die Abhängigkeit von Einfallswinkel, Polarisation und den beiden Brechungsindices berücksichtigen. Für senkrecht (s) und parallel (p) polarisiertes Licht unterscheiden sich die Amplitudenkkoeffizienten der Reflexion.

Die Amplitudenreflexionskoeffizienten r_s und r_p lauten:

- r_s = (n1 cos θi − n2 cos θt) / (n1 cos θi + n2 cos θt)

- r_p = (n2 cos θi − n1 cos θt) / (n2 cos θi + n1 cos θt)

Dabei gilt Snellsches Gesetz n1 sin θi = n2 sin θt. Die zugehörigen Intensitätsreflexionskoeffizienten sind R_s = |r_s|² und R_p = |r_p|². Die Intensitätstransmissionskoeffizienten folgen aus der Energieerhaltung und haben ähnliche, entsprechende Ausdrücke.

Bei Normal incidence (θi = 0) vereinfacht sich R = ((n1 − n2)/(n1 + n2))². Nur eine Grenzfläche bestimmt die Reflexion, daher ist die Reflexion unabhängig von Polarisation.

Totalreflexion tritt auf, wenn n1 > n2 und θi größer als der Grenzwinkel θc ist, wobei sin θc = n2/n1. In diesem Fall ist die reflektierte Intensität vollständig, und es entsteht eine evaneszente Welle im zweiten Medium.

Der Brewster-Winkel θB ergibt sich aus tan θB = n2/n1; bei diesem Einfallswinkel verschwindet die p-polarisierte Reflexion (R_p = 0).

Phasenverschiebungen der reflektierten Welle (φ_s, φ_p) verändern Interferenzmuster und spielen bei mehrschichtigen Beschichtungen eine Rolle. Anwendungen finden sich in Anti-Reflex-Beschichtungen, Glas-Luft-Interfaces, Faseroptik, Kameralinsen und Solarzellen. Die Fresnel-Gleichungen beschreiben zudem dieDispersion, da n1, n2 und damit R_s, R_p mit der Wellenlänge variieren.