Плоскость падения

Пло́скость паде́ния — плоскость, содержащая волновой вектор ${\displaystyle {\vec {k}}}$ волны, падающей на рассматриваемую поверхность, и вектор нормали ${\displaystyle {\vec {n}}}$ к данной поверхности^[1][2]. Понятие используется при анализе отражения и преломления электромагнитных (или, реже, упругих) волн на границе двух сред. При вертикальном (${\displaystyle {\vec {k}}\parallel {\vec {n}}}$) падении волны это понятие теряет смысл.

Понятие «плоскость падения» (plane of incidence). Стрелками показаны волновые векторы падающей (incoming) и отражённой (reflected) волн, а также вектор нормали. Волновой вектор преломлённой волны не нанесён.

Плоскостью падения, по сути, является не одна плоскость, а вся совокупность плоскостей, ортогональных произведению ${\displaystyle [{\vec {k}}\times {\vec {n}}]}$.

При рассмотрении изотропных сред слова «волновой вектор» в данном контексте можно заменить на «луч». Однако в случае анизотропных кристаллов луч не всегда сонаправлен с волновым вектором, а законы отражения и преломления привязываются именно к волновому вектору^[3].

При зеркальном отражении волновой вектор ${\displaystyle {\vec {k}}_{r}}$ отражённой волны также лежит в плоскости падения, а если имеет место ещё и преломление, то волновой вектор ${\displaystyle {\vec {k}}_{b}}$ преломлённой волны оказывается в той же плоскости.

Понятие «угол падения». Красной стрелкой изображён волновой вектор падающей волны.

Угол ${\displaystyle \theta }$ между ${\displaystyle {\vec {k}}}$ и ${\displaystyle -{\vec {n}}}$ называется углом падения, угол ${\displaystyle \theta _{r}}$ между ${\displaystyle {\vec {k}}_{r}}$ и ${\displaystyle {\vec {n}}}$ — углом отражения, а угол ${\displaystyle \theta _{b}}$ между ${\displaystyle {\vec {k}}_{b}}$ и ${\displaystyle -{\vec {n}}}$ — углом преломления. Чаще всего ${\displaystyle \theta _{r}=\theta }$, а связь ${\displaystyle \theta _{b}}$ и ${\displaystyle \theta }$ задаётся законом Снеллиуса.

Для оценки коэффициентов отражения и преломления существенна поляризация падающей электромагнитной волны, а именно ориентация вектора напряжённости электрического поля ${\displaystyle {\vec {E}}}$ по отношению к плоскости падения. Если ${\displaystyle {\vec {E}}}$ располагается в плоскости падения, волна называется ${\displaystyle p}$-поляризованной. Если ${\displaystyle {\vec {E}}}$ перпендикулярен плоскости падения, волна называется ${\displaystyle s}$-поляризованной (от нем. senkrecht = перпендикулярный). Согласно формулам Френеля, распределение интенсивности между отражённым и преломлённым лучами для ${\displaystyle p}$- и ${\displaystyle s}$- поляризаций различно.