Optica undelor

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 25 mai 2021; verificările necesită 4 modificări .

Optica undelor  este o ramură a opticii fizice , în care sunt studiate interferența , difracția , polarizarea și alte fenomene, pentru înțelegerea cărora este necesar și suficient să înțelegem natura ondulatorie a luminii. Optica undelor nu include optica geometrică (și, în consecință, fotometria și cea mai mare parte a teoriei dispozitivelor optice), unde reprezentările undelor nu sunt necesare și o descriere a luminii sub formă de raze este suficientă. Optica undelor nu include, de asemenea, optica fenomenelor pe care teoria undelor nu le poate explica (de exemplu, spectre de linii și dungi, radiații termice , efect fotoelectric , luminiscență , lasere, zgomot cuantic și altele).

Istorie

În a doua jumătate a secolului al XVII-lea, Christian Huygens a stabilit natura ondulatorie a propagării luminii. Datorită cercetărilor lui T. Young, O. Fresnel, D. Arago și alții , optica undelor a primit o dezvoltare semnificativă. Experimentele lor au făcut posibilă explicarea interferenței, difracției și polarizării luminii [ 1 ] .


Relația dintre undă și optica fizică

În terminologia engleză, din motive istorice, „optică ondulată” și „optică fizică” sunt sinonime. În trecut, această dispoziție a pătruns și în terminologia în limba rusă:

Înainte de apariția teoriei cuantice a luminii (1905), trebuiau să se distingă două metode de considerare a fenomenelor optice. Prima metodă a fost folosită de așa-numita optică geometrică, a doua - de optica ondulată, care pe vremuri era încă numită optică fizică din anumite motive. [2]

În terminologia fizică standard modernă în limba rusă, optica ondulată și optica fizică nu sunt identificate:

WAVE OPTICS, secțiunea de fizică. optica, care studiază totalitatea unor astfel de fenomene, în care apar undele. natura lumii. [3]

În manuale precum „Physical Optics” de Ditchburn, „Physical Optics” de Akhmanov și Nikitin, „Fundamentals of Physical Optics” de Shandarov, sunt luate în considerare atât optica undelor, cât și fenomenele care nu sunt incluse în ea (de exemplu, fenomenele cuantice).

Aproximații optice ondulatorii

Optica undelor este doar o aproximare în comparație cu electrodinamica cuantică mai precisă . Cuvântul „fizic” din denumirea engleză de optică ondulată înseamnă că este mai fizic decât optica geometrică sau cu raze și nu că este o teorie fizică exactă. [4] :11–13

Optica undelor se bazează pe ecuații electromagnetice clasice - ecuațiile lui Maxwell . În cadrul opticii unde există aproximări și mai simplificate, de exemplu, o aproximare bazată pe principiul Huygens- Fresnel. În acest context, este o aproximare intermediară între optica geometrică , care ignoră efectele undelor , și teoria electromagnetică , care este mai precisă.

Această aproximare constă în utilizarea opticii cu raze pentru a estima câmpul de la suprafață și apoi integrarea acestui câmp peste suprafață pentru a calcula câmpul transmis sau împrăștiat. Aceasta amintește de aproximarea Born , în care detaliile problemei sunt tratate ca o perturbare . În optică, acesta este un mod standard de evaluare a efectelor de difracție. În fizica radio , această aproximare este utilizată pentru a estima efecte optice similare. Această aproximare modelează mai multe efecte de interferență, difracție și polarizare, dar nu și dependența difracției de polarizare. Deoarece aceasta este o aproximare de înaltă frecvență, descrie optica mai precis decât radiofizica.

Problema opticii ondulate constă de obicei în integrarea câmpului derivat din optica geometrică pe întreaga suprafață a unei lentile, oglinzi sau deschidere pentru a calcula lumina transmisă sau împrăștiată.

În împrăștierea radar , aceasta înseamnă de obicei găsirea curentului aproximativ care ar fi detectat pe un plan tangențial în partea iluminată geometric a suprafeței dispertorului . Curentul din zonele umbrite este considerat zero. Câmpul împrăștiat se obține apoi prin integrarea peste acești curenți aproximativi. Acest lucru este util pentru corpuri cu forme mari netede convexe și pentru suprafețe cu pierderi (reflexie scăzută).

Câmpul sau curentul opticii geometrice nu este de obicei precis în apropierea marginilor sau a limitelor de umbră, cu excepția cazului în care este completat de calcule de difracție și un model de undă târâtoare.

Aproximarea standard a opticii undelor are unele deficiențe în estimarea câmpurilor împrăștiate, ceea ce duce la o scădere a preciziei dacă problema diferă de simpla reflexie. [5] [6] O teorie îmbunătățită introdusă în 2004 oferă soluții exacte la problemele legate de difracția undelor prin difuzoare conducătoare [5] .

Note

  1. ↑ Optica undelor  / Odintsov A.I. // Marele Duce - Nodul ascendent al orbitei. - M  .: Marea Enciclopedie Rusă, 2006. - S. 641. - ( Marea Enciclopedie Rusă  : [în 35 de volume]  / redactor-șef Yu. S. Osipov  ; 2004-2017, v. 5). — ISBN 5-85270-334-6 .
  2. ↑ Khvolson O.D. curs de fizica. Volumul 1. Arhivat 10 mai 2021 la Wayback Machine 1933. p. 602.
  3. ↑ Dicţionar enciclopedic fizic. Moscova, editura științifică „Marea Enciclopedie Rusă”, 1995.
  4. ↑ Piotr Ya. Ufimtsev. Fundamentele teoriei fizice a difracției  (engleză) . - John Wiley & Sons , 2007. - ISBN 978-0-470-10900-7 .
  5. ↑ 12 Y.Z .; Umul. Teoria modificată a opticii fizice  //  Optics Express : jurnal. - 2004. - octombrie ( vol. 12 , nr. 20 ). - P. 4959-4972 . - doi : 10.1364/OPEX.12.004959 . - Cod . — PMID 19484050 .
  6. ↑ T.; Shijo. Vectorii normali de suprafață modificați în optica fizică  // IEEE  Transactions on Antennas and Propagation : jurnal. - 2008. - Decembrie ( vol. 56 , nr. 12 ). - P. 3714-3722 . - doi : 10.1109/TAP.2008.2007276 . - Cod biblic .

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Secțiuni de optică
Direcții aferente