08_Вълнова оптика
3. ФИЗИЧНА (ВЪЛНОВА) ОПТИКА
3.1. Светлината като електромагнитна вълна
Физическата природа на светлината. В рамките на вълновата теория светлината е електромагнитни вълни от оптичния диапазон, включително видимо, инфрачервено (IR) и ултравиолетово (UV) лъчение. Границите на оптичния диапазон, както и границите между неговите участъци, са установени въз основа на експериментални данни и не са абсолютно точни. Диапазон на видимата дължина на вълната: 380 nm ≤ λ ≥ 760 nm, честота на трептене от порядъка на ν
10 15 Hz, период на трептене T
10 − 15 s (фемтосекунди).
Математическото описание на оптичните явления се основава на основните уравнения
дефиниции на електромагнетизма - уравнения на Максуел. В рамките на електромагнитната теория на светлината нейното разпространение се разглежда като вълнов процес. С помощта на вълновата теория можем да решим проблеми както на разпространението на светлината в хомогенна среда, така и на преминаването през всяка оптична система, т.е. чрез набор от различни среди, ограничени от определени повърхности и диафрагми.
Как се генерира електромагнитна вълна. Вибрациите на дипол (физическият модел на атома на средата в рамките на класическата теория е електрически дипол) предизвикват промяна във времето на електрическото поле. Променливо електрическо поле генерира магнитно поле, което също се оказва променливо. Променливото магнитно поле генерира електрическо
трик и др. Този процес е смущение на електричеството и напрежението
Интензитетът на магнитните полета, протичащи във времето и пространството, е електромагнитна вълна.
Електромагнитна вълна - колебания в силата на електрическите и магнитните полета,разпространяващи се в пространството с крайна скорост.
Уравнения на Максуел за електромагнитно поле
Математически електромагнитните вълни се описват от уравненията на Максуел. Теорията на Максуел е система от основни "аксиоми" на класическата електродинамика и играе в нея същата роля, която играят уравненията на Нютон в класическата механика. От тази система недвусмислено следват всички свойства на полето: както тези, които вече са изследвани, така и тези, които все още не са изследвани.
Теорията на Максуел е феноменологична теория на електромагнитното
поле. Установява връзка между 4 основни величини: интензитети
електрически и магнитни полета (Е
H ) и индукции на тези полета ( D и B ). Електрически
Физичните и магнитните свойства на средата се характеризират с три величини: диелектрична проницаемост ( ε ), магнитна проницаемост ( μ ) и електропроводимост ( σ ).
Уравненията на Максуел за непроводима хомогенна изотропна среда, в която няма свободни заряди ( ε = const , μ = const , σ = 0 , ρ = 0 ) имат формата: