Среда, в которой распространяются электромагнитные волны
В оптике оптическая среда — это материал, через который распространяются свет и другие электромагнитные волны . Это форма среды передачи . Диэлектрическая проницаемость и проницаемость среды определяют, как в ней распространяются электромагнитные волны.
Характеристики
Оптическая среда имеет собственный импеданс , определяемый формулой
![{\displaystyle \eta ={E_{x} \over H_{y}}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
где и – электрическое поле и магнитное поле соответственно. В области без электропроводности выражение упрощается до:![{\displaystyle E_{x}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle H_{y}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \eta = {\ sqrt {\mu \over \varepsilon }}\ .}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Например, в свободном пространстве собственный импеданс называется характеристическим импедансом вакуума и обозначается Z0 , а
![{\displaystyle Z_{0}={\sqrt {\mu _{0} \over \varepsilon _{0}}}\ .}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Волны распространяются в среде со скоростью , где – частота , – длина волны электромагнитных волн. Это уравнение также можно представить в виде![{\displaystyle c_{w}=\nu \lambda }](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \nu }](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \lambda }](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle c_{w}={\omega \over k}\,}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
где – угловая частота волны, – волновое число волны. В электротехнике вместо . часто используется символ , называемый фазовой постоянной .![{\ displaystyle \ омега }](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle k}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle \бета }](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle k}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве , идеализированном стандартном эталонном состоянии (как и абсолютный ноль для температуры), условно обозначается c 0 : [1]
![{\displaystyle c_{0}={1 \over {\sqrt {\varepsilon _{0}\mu _{0}}}}\ ,}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
- где – электрическая постоянная , – магнитная постоянная .
![{\displaystyle \varepsilon _{0}}](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
![{\displaystyle ~\mu _{0}\ }](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)
Общее введение см. в Serway [2] . Обсуждение синтетических сред см. в Joannopoulus. [3]
Типы
- Гомогенная среда и гетерогенная среда
- Прозрачная среда и непрозрачное тело
Смотрите также
Примечания и ссылки
- ^ В ISO 31-5 NIST и BIPM приняли обозначение c 0 .
- ^ Раймонд Сервей и Джуэтт Дж (2003). Физика для ученых и инженеров (6-е изд.). Бельмонт, Калифорния: Томсон-Брукс/Коул. ISBN 0-534-40842-7.
- ^ Джон Д. Джоаннопулуос; Джонсон С.Г.; Винн Дж. Н.; Мид Р.Д. (2008). Фотонные кристаллы: формирование потока света (2-е изд.). Принстон, штат Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-12456-8.