12. Fény terjedése rétegezett anizotróp közegekben

Az előző fejezetben részletesen foglalkoztunk végtelen kiterjedésű elektromos szempontból anizotróp közegben terjedő elektromágneses síkhullám tulajdonságaival. Megvizsgáltuk, hogy milyen módon határozható meg a kristályon belül adott terjedési irányhoz tartozó két rezgési irány és a hozzájuk tartozó sebességek. Foglalkoztunk az izotróp-anizotróp határfelületen bekövetkező kettős töréssel. A vizsgálatunkat csak terjedési irányok meghatározására irányítottuk utalva arra, hogy a jelen fejezetben leírt módszerrel a felületről visszavert és a rajta átmenő fény elektromos térerősségének amplitúdói egyszerűbben kiszámíthatók.

Az optikában különösen fontos szerepet töltenek az aniztotróp anyagokon alapuló optikai eszközök. Ilyenek például a különböző kettős törésen alapuló polarizátorok, λ/4-es vagy λ/2-es hullámlemezek, fázis retarderek, kompenzátorok, elektro-optikai modulátorok, folyadékkristályokat használó eszközök, stb. Az ilyen eszközök tervezéséhez, működésüknek részletes és pontos megértéséhez különösen fontos a rétegezett anizotróp közegben terjedő elektromágnes hullámok terjedésének leírása. A 6. fejezetben láttuk, hogy izotróp esetben rétegezett közegbeli terjedés 2×2-es karakterisztikus mátrixokkal írhatók le. Ez főként annak volt köszönhető, hogy a TE (s-polarizált) vagy a TM (p-polarizált) hullámok egymástól függetlenül terjedtek. Anizotróp közegre beeső s- illetve p-polarizációjú hullámok terjedése csak nagyon speciális orientációk esetén tárgyalhatók egymásól függetlenül. Ezekre a speciális esetekre a terjedés leírható 2×2-es mátrixokkal. Látni fogjuk, hogy általános esetben a terjedés leírásához 4×4-es mátrixok szükségesek.

A továbbiakban megvizsgáljuk, hogy egy anizotróp sík-párhuzamos lemezre beeső síkhullám miként verődik vissza, illetve hogy halad rajta keresztül. A lemezen belül az optikai tulajdonságok a határfelületekre merőlegesen változhatnak, azaz a lemez rétegezett lehet. Meg fogjuk adni a lemez reflexióját és transzmisszióját jellemző Jones-mátrixokat. Ezekből, valamint a beeső hullám s- és p- komponenseinek az amplitúdóból, a visszavert és az átengedett hullámok s- és p- komponenseinek amplitúdói egyszerűen kiszámíthatók. Mivel az s- és a p-polarizált hullámok terjedése nem tárgyalható külön-külön, a Jones-métrixok nem lesznek diagonálisak.