Плоскость падения

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.

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

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

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.

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

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

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

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