Углом полного внутреннего отражения называется минимальный угол падения, при котором волна не проходит во вторую среду

Зависимость величины угла полного внутреннего отражения от соотношения показателей преломления граничащих сред описывается следующим соотношением, которое легко получить из формулы (5.2):

(5.3)

В случае полного внутреннего отражения формируется поверхностная волна, распространяющаяся вдоль границы раздела сред. Этот эффект используется в волноводах поверхностных волн, которые, как правило, работают в воздухе. Чтобы выяснить физику их работы надо изучить структуру поля в воздухе, окружающем диэлектрик, при полном внутреннем отражении.

При угле падения, равном углу полного внутреннего отражения, угол прохождения становится равным 90⁰, а его синус - единице. Показатель преломления диэлектрика больше единицы, значит, при φ > φ_пво синус угла преломления должен быть больше единицы. Так может быть только в том случае, если аргумент синуса комплексный: синус комплексного угла может быть сколь угодно большим. Поэтому считается, что при φ > φ_пво угол преломления получает мнимое приращение и формула для комплексной амплитуды напряженности электрического поля прошедшей волны примет вид:

(5.4)

Необходимо помнить, что в этой задаче волна распространяется вдоль оси z, а ось x перпендикулярна отражающей поверхности и направлена в сторону среды 1 (рис. 1.1 и 1.2), то есть в среде 2 координата х будет отрицательной, а волна – экспоненциально затухающей по мере удаления от границы.

Из формулы (5.4) видно, что поверхностная волна является плоской, так как ее фаза зависит только от координаты z, и неоднородной, так как ее амплитуда в плоскости фронта зависит от поперечной координаты х.

На этом принципе базируется описание работы линий передачи поверхностных волн. К линиям передачи поверхностных волн относятся диэлектрические волноводы, однопроводные и оптоволоконные линии передачи.

Рис. 5.1. Распределение поля поверхностной волны вблизи границы раздела

5.2. Диэлектрический волновод