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  <name>Phase Changes</name>
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  <md:created>2005/10/19 10:58:24.285 GMT-5</md:created>
  <md:revised>2005/10/19 11:06:43.089 GMT-5</md:revised>
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      <md:firstname>Paul</md:firstname>
      
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    <md:keyword>electromagnetic waves</md:keyword>
    <md:keyword>Fresnel equations</md:keyword>
    <md:keyword>Phase Change</md:keyword>
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  <md:abstract>We look at what happens to the phase of a wave upon reflection.</md:abstract>
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               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">+</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:msub>
               <m:mi>n</m:mi>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:msub>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
       </m:mfrac>
     </m:mrow>
   </m:math>
   We can rewrite these equations using Snell's Law to eliminate the
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
       <m:mo/>
       <m:msub>
         <m:mi>θ</m:mi>
         <m:mi>t</m:mi>
       </m:msub>
     </m:mrow>
   </m:math>
   term. From simple trigonometry we know that
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
           <m:mo/>
           <m:msub>
             <m:mi>θ</m:mi>
             <m:mi>t</m:mi>
           </m:msub>
         </m:mrow>
         <m:mo form="infix">=</m:mo>
         <m:msqrt>
           <m:mn>1</m:mn>
           <m:mo form="infix">−</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:msup>
               <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
               <m:mn>2</m:mn>
             </m:msup>
             <m:mo/>
             <m:msub>
               <m:mi>θ</m:mi>
               <m:mi>t</m:mi>
             </m:msub>
           </m:mrow>
         </m:msqrt>
       </m:mrow>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
   We also know from Snell's law that
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
         <m:mo/>
         <m:msub>
           <m:mi>θ</m:mi>
           <m:mi>t</m:mi>
         </m:msub>
       </m:mrow>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mrow>
         <m:mfrac>
           <m:msub>
             <m:mi>n</m:mi>
             <m:mi>i</m:mi>
           </m:msub>
           <m:msub>
             <m:mi>n</m:mi>
             <m:mi>t</m:mi>
           </m:msub>
         </m:mfrac>
         <m:mo/>
         <m:mrow>
           <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
           <m:mo/>
           <m:msub>
             <m:mi>θ</m:mi>
             <m:mi>i</m:mi>
           </m:msub>
         </m:mrow>
       </m:mrow>
     </m:mrow>
   </m:math>
   so we have
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
           <m:mo/>
           <m:msub>
             <m:mi>θ</m:mi>
             <m:mi>t</m:mi>
           </m:msub>
         </m:mrow>
         <m:mo form="infix">=</m:mo>
         <m:msqrt>
           <m:mn>1</m:mn>
           <m:mo form="infix">−</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:msup>
                 <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msup>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
         </m:msqrt>
       </m:mrow>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id14613627">
   We can substitute this into
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mstyle displaystyle="true">
         <m:mtable>
           <m:mtr>
             <m:mtd groupalign="right left">
               <m:maligngroup/>
               <m:mrow>
                 <m:msub>
                   <m:mi>r</m:mi>
                   <m:mo form="infix">⊥</m:mo>
                 </m:msub>
                 <m:maligngroup/>
                 <m:mo form="infix">=</m:mo>
                 <m:mfrac>
                   <m:mrow>
                     <m:mrow>
                       <m:msub>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                       </m:msub>
                       <m:mo/>
                       <m:mrow>
                         <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
                         <m:mo/>
                         <m:msub>
                           <m:mi>θ</m:mi>
                           <m:mi>i</m:mi>
                         </m:msub>
                       </m:mrow>
                     </m:mrow>
                     <m:mo form="infix">−</m:mo>
                     <m:mrow>
                       <m:msub>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>t</m:mi>
                       </m:msub>
                       <m:mo/>
                       <m:msqrt>
                         <m:mn>1</m:mn>
                         <m:mo form="infix">−</m:mo>
                         <m:mrow>
                           <m:mfrac>
                             <m:msubsup>
                               <m:mi>n</m:mi>
                               <m:mi>i</m:mi>
                               <m:mn>2</m:mn>
                             </m:msubsup>
                             <m:msubsup>
                               <m:mi>n</m:mi>
                               <m:mi>t</m:mi>
                               <m:mn>2</m:mn>
                             </m:msubsup>
                           </m:mfrac>
                           <m:mo/>
                           <m:mrow>
                             <m:msup>
                               <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                               <m:mn>2</m:mn>
                             </m:msup>
                             <m:mo/>
                             <m:msub>
                               <m:mi>θ</m:mi>
                               <m:mi>i</m:mi>
                             </m:msub>
                           </m:mrow>
                         </m:mrow>
                       </m:msqrt>
                     </m:mrow>
                   </m:mrow>
                   <m:mrow>
                     <m:mrow>
                       <m:msub>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                       </m:msub>
                       <m:mo/>
                       <m:mrow>
                         <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
                         <m:mo/>
                         <m:msub>
                           <m:mi>θ</m:mi>
                           <m:mi>i</m:mi>
                         </m:msub>
                       </m:mrow>
                     </m:mrow>
                     <m:mo form="infix">+</m:mo>
                     <m:mrow>
                       <m:msub>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>t</m:mi>
                       </m:msub>
                       <m:mo/>
                       <m:msqrt>
                         <m:mn>1</m:mn>
                         <m:mo form="infix">−</m:mo>
                         <m:mrow>
                           <m:mfrac>
                             <m:msubsup>
                               <m:mi>n</m:mi>
                               <m:mi>i</m:mi>
                               <m:mn>2</m:mn>
                             </m:msubsup>
                             <m:msubsup>
                               <m:mi>n</m:mi>
                               <m:mi>t</m:mi>
                               <m:mn>2</m:mn>
                             </m:msubsup>
                           </m:mfrac>
                           <m:mo/>
                           <m:mrow>
                             <m:msup>
                               <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                               <m:mn>2</m:mn>
                             </m:msup>
                             <m:mo/>
                             <m:msub>
                               <m:mi>θ</m:mi>
                               <m:mi>i</m:mi>
                             </m:msub>
                           </m:mrow>
                         </m:mrow>
                       </m:msqrt>
                     </m:mrow>
                   </m:mrow>
                 </m:mfrac>
               </m:mrow>
             </m:mtd>
           </m:mtr>
           <m:mtr>
             <m:mtd groupalign="right left">
               <m:maligngroup/>
               <m:maligngroup/>
               <m:mo form="infix">=</m:mo>
               <m:mfrac>
                 <m:mrow>
                   <m:mrow>
                     <m:msub>
                       <m:mi>n</m:mi>
                       <m:mi>i</m:mi>
                     </m:msub>
                     <m:mo/>
                     <m:mrow>
                       <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
                       <m:mo/>
                       <m:msub>
                         <m:mi>θ</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                       </m:msub>
                     </m:mrow>
                   </m:mrow>
                   <m:mo form="infix">−</m:mo>
                   <m:msqrt>
                     <m:msubsup>
                       <m:mi>n</m:mi>
                       <m:mi>t</m:mi>
                       <m:mn>2</m:mn>
                     </m:msubsup>
                     <m:mo form="infix">−</m:mo>
                     <m:mrow>
                       <m:msubsup>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                         <m:mn>2</m:mn>
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                         </m:msup>
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                       <m:mn>2</m:mn>
                     </m:msubsup>
                     <m:mo form="infix">−</m:mo>
                     <m:mrow>
                       <m:msubsup>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                         <m:mn>2</m:mn>
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                           <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                           <m:mn>2</m:mn>
                         </m:msup>
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                           <m:mi>θ</m:mi>
                           <m:mi>i</m:mi>
                         </m:msub>
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                     </m:mrow>
                   </m:msqrt>
                 </m:mrow>
               </m:mfrac>
             </m:mtd>
           </m:mtr>
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                       <m:mi>i</m:mi>
                     </m:msub>
                   </m:mrow>
                   <m:mo form="infix">−</m:mo>
                   <m:msqrt>
                     <m:mfrac>
                       <m:msubsup>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>t</m:mi>
                         <m:mn>2</m:mn>
                       </m:msubsup>
                       <m:msubsup>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                         <m:mn>2</m:mn>
                       </m:msubsup>
                     </m:mfrac>
                     <m:mo form="infix">−</m:mo>
                     <m:mrow>
                       <m:msup>
                         <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                         <m:mn>2</m:mn>
                       </m:msup>
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                         <m:mi>θ</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                       </m:msub>
                     </m:mrow>
                   </m:msqrt>
                 </m:mrow>
                 <m:mrow>
                   <m:mrow>
                     <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
                     <m:mo/>
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                       <m:mi>θ</m:mi>
                       <m:mi>i</m:mi>
                     </m:msub>
                   </m:mrow>
                   <m:mo form="infix">+</m:mo>
                   <m:msqrt>
                     <m:mfrac>
                       <m:msubsup>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>t</m:mi>
                         <m:mn>2</m:mn>
                       </m:msubsup>
                       <m:msubsup>
                         <m:mi>n</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                         <m:mn>2</m:mn>
                       </m:msubsup>
                     </m:mfrac>
                     <m:mo form="infix">−</m:mo>
                     <m:mrow>
                       <m:msup>
                         <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                         <m:mn>2</m:mn>
                       </m:msup>
                       <m:mo/>
                       <m:msub>
                         <m:mi>θ</m:mi>
                         <m:mi>i</m:mi>
                       </m:msub>
                     </m:mrow>
                   </m:msqrt>
                 </m:mrow>
               </m:mfrac>
             </m:mtd>
           </m:mtr>
         </m:mtable>
       </m:mstyle>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id5242570">
   
</para>
<para id="id5242579">
   Similarly we can derive that
</para>
<para id="id5242583">
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>r</m:mi>
         <m:mo form="infix">∥</m:mo>
       </m:msub>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mfrac>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">−</m:mo>
           <m:msqrt>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo form="infix">−</m:mo>
             <m:mrow>
               <m:msup>
                 <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msup>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:msqrt>
         </m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">+</m:mo>
           <m:msqrt>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo form="infix">−</m:mo>
             <m:mrow>
               <m:msup>
                 <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msup>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:msqrt>
         </m:mrow>
       </m:mfrac>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id9294554">
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>t</m:mi>
         <m:mo form="infix">⊥</m:mo>
       </m:msub>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mfrac>
         <m:mrow>
           <m:mn>2</m:mn>
           <m:mo/>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:msub>
               <m:mi>θ</m:mi>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:msub>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:msub>
               <m:mi>θ</m:mi>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:msub>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">+</m:mo>
           <m:msqrt>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
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                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo form="infix">−</m:mo>
             <m:mrow>
               <m:msup>
                 <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msup>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:msqrt>
         </m:mrow>
       </m:mfrac>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id9751260">
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>t</m:mi>
         <m:mo form="infix">∥</m:mo>
       </m:msub>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mfrac>
         <m:mrow>
           <m:mn>2</m:mn>
           <m:mo/>
           <m:mfrac>
             <m:msub>
               <m:mi>n</m:mi>
               <m:mi>t</m:mi>
             </m:msub>
             <m:msub>
               <m:mi>n</m:mi>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:msub>
           </m:mfrac>
           <m:mo/>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:msub>
               <m:mi>θ</m:mi>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:msub>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">+</m:mo>
           <m:msqrt>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo form="infix">−</m:mo>
             <m:mrow>
               <m:msup>
                 <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msup>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:msqrt>
         </m:mrow>
       </m:mfrac>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id5333856">
   This form allows us to easily plot the coefficients for different values of
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>θ</m:mi>
         <m:mi>i</m:mi>
       </m:msub>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
   For example,here are the coefficients for the case where
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mfrac>
           <m:msub>
             <m:mi>n</m:mi>
             <m:mi>t</m:mi>
           </m:msub>
           <m:msub>
             <m:mi>n</m:mi>
             <m:mi>i</m:mi>
           </m:msub>
         </m:mfrac>
         <m:mo form="infix">=</m:mo>
         <m:mn>1.5</m:mn>
       </m:mrow>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
   

   <figure id="id5333952"><media type="image/gif" src="fresnel15.gif"/><caption> The transmmission and reflection coefficients for the case where the ratio of transmitted to incident indices of refraction is 1.5. The top two curves are transmission. The lower two are reflection, with red being for the E field transverse to the plane of incidence.</caption></figure>

It
   is interesting to note that the sign of the coefficient can change on
   reflection.
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>E</m:mi>
         <m:mi>r</m:mi>
       </m:msub>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mo form="prefix">−</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:mo stretchy="false" fence="true" form="prefix">|</m:mo>
             <m:mi>r</m:mi>
             <m:mo stretchy="false" fence="true" form="postfix">|</m:mo>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
         <m:mo/>
         <m:mi>E</m:mi>
       </m:mrow>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mrow>
         <m:msup>
           <m:mi>e</m:mi>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mi>π</m:mi>
           </m:mrow>
         </m:msup>
         <m:mo/>
         <m:mrow>
           <m:mo stretchy="false" fence="true" form="prefix">|</m:mo>
           <m:mi>r</m:mi>
           <m:mo stretchy="false" fence="true" form="postfix">|</m:mo>
         </m:mrow>
         <m:mo/>
         <m:msub>
           <m:mi>E</m:mi>
           <m:mn>0</m:mn>
         </m:msub>
         <m:mo/>
         <m:msup>
           <m:mi>e</m:mi>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mo stretchy="false" fence="true" form="prefix">(</m:mo>
               <m:mrow>
                 <m:mrow>
                   <m:mover accent="true">
                     <m:mi>K</m:mi>
                     <m:mo accent="true" form="postfix">⃗</m:mo>
                   </m:mover>
                   <m:mo form="infix">⋅</m:mo>
                   <m:mover accent="true">
                     <m:mi>r</m:mi>
                     <m:mo accent="true" form="postfix">⃗</m:mo>
                   </m:mover>
                 </m:mrow>
                 <m:mo form="infix">−</m:mo>
                 <m:mrow>
                   <m:mi>ω</m:mi>
                   <m:mo/>
                   <m:mi>t</m:mi>
                 </m:mrow>
               </m:mrow>
               <m:mo stretchy="false" fence="true" form="postfix">)</m:mo>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
         </m:msup>
       </m:mrow>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mo stretchy="false" fence="true" form="prefix">|</m:mo>
           <m:mi>r</m:mi>
           <m:mo stretchy="false" fence="true" form="postfix">|</m:mo>
         </m:mrow>
         <m:mo/>
         <m:msub>
           <m:mi>E</m:mi>
           <m:mn>0</m:mn>
         </m:msub>
         <m:mo/>
         <m:msup>
           <m:mi>e</m:mi>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mo stretchy="false" fence="true" form="prefix">(</m:mo>
               <m:mrow>
                 <m:mrow>
                   <m:mover accent="true">
                     <m:mi>K</m:mi>
                     <m:mo accent="true" form="postfix">⃗</m:mo>
                   </m:mover>
                   <m:mo form="infix">⋅</m:mo>
                   <m:mover accent="true">
                     <m:mi>r</m:mi>
                     <m:mo accent="true" form="postfix">⃗</m:mo>
                   </m:mover>
                 </m:mrow>
                 <m:mo form="infix">−</m:mo>
                 <m:mrow>
                   <m:mi>ω</m:mi>
                   <m:mo/>
                   <m:mi>t</m:mi>
                 </m:mrow>
                 <m:mo form="infix">+</m:mo>
                 <m:mi>π</m:mi>
               </m:mrow>
               <m:mo stretchy="false" fence="true" form="postfix">)</m:mo>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
         </m:msup>
       </m:mrow>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id5332830">
   This corresponds to a phase change by
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:mi>π</m:mi>
     </m:mrow>
   </m:math>
   upon reflection.
</para>
<para id="id5332850">
   
</para>
<para id="id5332859">
   We can also look at what happens to the reflection coefficients when
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mfrac>
           <m:msub>
             <m:mi>n</m:mi>
             <m:mi>i</m:mi>
           </m:msub>
           <m:msub>
             <m:mi>n</m:mi>
             <m:mi>t</m:mi>
           </m:msub>
         </m:mfrac>
         <m:mo form="infix">=</m:mo>
         <m:mn>1.5</m:mn>
       </m:mrow>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
   

   <figure id="id5332926"><media type="image/gif" src="Fresnel2.gif"/><caption>The reflection coefficients for the case where the ratio of the incident to the transmitted incidence of reflection is 1.5.</caption></figure>

That
   is going from a high index of refraction material to a lesser. In this case we
   see at the critical angle we get total internal reflection. What happens to
   the phase here is complicated.
</para>
<para id="id5333457">
   When we have
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:mfrac>
         <m:msub>
           <m:mi>n</m:mi>
           <m:mi>i</m:mi>
         </m:msub>
         <m:msub>
           <m:mi>n</m:mi>
           <m:mi>t</m:mi>
         </m:msub>
       </m:mfrac>
       <m:mo form="infix">&gt;</m:mo>
       <m:mn>1</m:mn>
     </m:mrow>
   </m:math>
   (or
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mfrac>
           <m:msub>
             <m:mi>n</m:mi>
             <m:mi>t</m:mi>
           </m:msub>
           <m:msub>
             <m:mi>n</m:mi>
             <m:mi>i</m:mi>
           </m:msub>
         </m:mfrac>
         <m:mo form="infix">&lt;</m:mo>
         <m:mn>1</m:mn>
       </m:mrow>
       <m:mo stretchy="false" fence="true" form="postfix">)</m:mo>
     </m:mrow>
   </m:math>
   it is convenient to write
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>r</m:mi>
         <m:mo form="infix">⊥</m:mo>
       </m:msub>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mfrac>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:msub>
               <m:mi>θ</m:mi>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:msub>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">−</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:msqrt>
               <m:mrow>
                 <m:msup>
                   <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                   <m:mn>2</m:mn>
                 </m:msup>
                 <m:mo/>
                 <m:msub>
                   <m:mi>θ</m:mi>
                   <m:mi>i</m:mi>
                 </m:msub>
               </m:mrow>
               <m:mo form="infix">−</m:mo>
               <m:mfrac>
                 <m:msubsup>
                   <m:mi>n</m:mi>
                   <m:mi>t</m:mi>
                   <m:mn>2</m:mn>
                 </m:msubsup>
                 <m:msubsup>
                   <m:mi>n</m:mi>
                   <m:mi>i</m:mi>
                   <m:mn>2</m:mn>
                 </m:msubsup>
               </m:mfrac>
             </m:msqrt>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:msub>
               <m:mi>θ</m:mi>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:msub>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">+</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:msqrt>
               <m:mrow>
                 <m:msup>
                   <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                   <m:mn>2</m:mn>
                 </m:msup>
                 <m:mo/>
                 <m:msub>
                   <m:mi>θ</m:mi>
                   <m:mi>i</m:mi>
                 </m:msub>
               </m:mrow>
               <m:mo form="infix">−</m:mo>
               <m:mfrac>
                 <m:msubsup>
                   <m:mi>n</m:mi>
                   <m:mi>t</m:mi>
                   <m:mn>2</m:mn>
                 </m:msubsup>
                 <m:msubsup>
                   <m:mi>n</m:mi>
                   <m:mi>i</m:mi>
                   <m:mn>2</m:mn>
                 </m:msubsup>
               </m:mfrac>
             </m:msqrt>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
       </m:mfrac>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id9709411">
   Now to understand what this implies we need to digress a little. Recall that
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:msup>
           <m:mi>e</m:mi>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mi>α</m:mi>
           </m:mrow>
         </m:msup>
         <m:mo form="infix">=</m:mo>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mi>α</m:mi>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">+</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
               <m:mo/>
               <m:mi>α</m:mi>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
       </m:mrow>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
   We could have written this as
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:msup>
         <m:mi>e</m:mi>
         <m:mrow>
           <m:mi>i</m:mi>
           <m:mo/>
           <m:mi>α</m:mi>
         </m:mrow>
       </m:msup>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mrow>
         <m:mi>a</m:mi>
         <m:mo form="infix">+</m:mo>
         <m:mrow>
           <m:mi>i</m:mi>
           <m:mo/>
           <m:mi>b</m:mi>
         </m:mrow>
       </m:mrow>
     </m:mrow>
   </m:math>
   then we see that
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mi>α</m:mi>
         <m:mo form="infix">=</m:mo>
         <m:mrow>
           <m:msup>
             <m:mi mathcolor="gray">tan</m:mi>
             <m:mrow>
               <m:mo form="prefix">−</m:mo>
               <m:mn>1</m:mn>
             </m:mrow>
           </m:msup>
           <m:mo/>
           <m:mfrac>
             <m:mi>b</m:mi>
             <m:mi>a</m:mi>
           </m:mfrac>
         </m:mrow>
       </m:mrow>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
   Now consider
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mfrac>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mi>α</m:mi>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">−</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
               <m:mo/>
               <m:mi>α</m:mi>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mi>α</m:mi>
           </m:mrow>
           <m:mo form="infix">+</m:mo>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
               <m:mo/>
               <m:mi>α</m:mi>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
         </m:mrow>
       </m:mfrac>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:mfrac>
         <m:msup>
           <m:mi>e</m:mi>
           <m:mrow>
             <m:mrow>
               <m:mo form="prefix">−</m:mo>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:mrow>
             <m:mo/>
             <m:mi>α</m:mi>
           </m:mrow>
         </m:msup>
         <m:msup>
           <m:mi>e</m:mi>
           <m:mrow>
             <m:mi>i</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:mi>α</m:mi>
           </m:mrow>
         </m:msup>
       </m:mfrac>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:msup>
         <m:mi>e</m:mi>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mo form="prefix">−</m:mo>
             <m:mn>2</m:mn>
           </m:mrow>
           <m:mo/>
           <m:mi>i</m:mi>
           <m:mo/>
           <m:mi>α</m:mi>
         </m:mrow>
       </m:msup>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id5151186">
   Now looking back at
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>r</m:mi>
         <m:mo form="infix">⊥</m:mo>
       </m:msub>
     </m:mrow>
   </m:math>
   we see that
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>r</m:mi>
         <m:mo form="infix">⊥</m:mo>
       </m:msub>
       <m:mo form="infix">=</m:mo>
       <m:msup>
         <m:mi>e</m:mi>
         <m:mrow>
           <m:mrow>
             <m:mo form="prefix">−</m:mo>
             <m:mi>i</m:mi>
           </m:mrow>
           <m:mo/>
           <m:mi>φ</m:mi>
         </m:mrow>
       </m:msup>
     </m:mrow>
   </m:math>
   where
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mi mathcolor="gray">tan</m:mi>
           <m:mo/>
           <m:mfrac>
             <m:mi>φ</m:mi>
             <m:mn>2</m:mn>
           </m:mfrac>
         </m:mrow>
         <m:mo form="infix">=</m:mo>
         <m:mfrac>
           <m:msqrt>
             <m:mrow>
               <m:msup>
                 <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msup>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
             <m:mo form="infix">−</m:mo>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
           </m:msqrt>
           <m:mrow>
             <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
             <m:mo/>
             <m:msub>
               <m:mi>θ</m:mi>
               <m:mi>i</m:mi>
             </m:msub>
           </m:mrow>
         </m:mfrac>
       </m:mrow>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
</para>
<para id="id5151451">
   
</para>
<para id="id5151460">
   We could go through a similar excersize for
   <m:math display="inline">
     <m:mrow>
       <m:msub>
         <m:mi>r</m:mi>
         <m:mo form="infix">∥</m:mo>
       </m:msub>
     </m:mrow>
   </m:math>and
   get the same result with
</para>
<para id="id5151489">
   <m:math mode="display" display="block">
     <m:mrow>
       <m:mrow>
         <m:mrow>
           <m:mi mathcolor="gray">tan</m:mi>
           <m:mo/>
           <m:mfrac>
             <m:mi>φ</m:mi>
             <m:mn>2</m:mn>
           </m:mfrac>
         </m:mrow>
         <m:mo form="infix">=</m:mo>
         <m:mfrac>
           <m:msqrt>
             <m:mrow>
               <m:msup>
                 <m:mi mathcolor="gray">sin</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msup>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
             <m:mo form="infix">−</m:mo>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
           </m:msqrt>
           <m:mrow>
             <m:mfrac>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>t</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
               <m:msubsup>
                 <m:mi>n</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
                 <m:mn>2</m:mn>
               </m:msubsup>
             </m:mfrac>
             <m:mo/>
             <m:mrow>
               <m:mi mathcolor="gray">cos</m:mi>
               <m:mo/>
               <m:msub>
                 <m:mi>θ</m:mi>
                 <m:mi>i</m:mi>
               </m:msub>
             </m:mrow>
           </m:mrow>
         </m:mfrac>
       </m:mrow>
       <m:mtext>.</m:mtext>
     </m:mrow>
   </m:math>
   Figure 20-8 in Pedrotti and Pedrotti summarizes all the possible phase
   changes.
</para>
</content>
</document>
