Vlnová optika

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 25. května 2021; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Vlnová optika  je obor fyzikální optiky , ve kterém se studuje interference , difrakce , polarizace a další jevy, pro jejichž pochopení je nutné a postačující porozumět vlnové podstatě světla. Vlnová optika nezahrnuje geometrickou optiku (a tedy fotometrii a většinu teorie optických zařízení), kde nejsou vyžadovány vlnové reprezentace a stačí popis světla ve formě paprsků. Vlnová optika také nezahrnuje optiku jevů, které vlnová teorie nedokáže vysvětlit (například čárová a pruhová spektra, tepelné záření , fotoelektrický jev , luminiscence , lasery, kvantový šum a další).

Historie

V druhé polovině 17. století Christian Huygens zavedl vlnovou povahu šíření světla. Díky výzkumům T. Younga, O. Fresnela, D. Araga a dalších doznala vlnová optika výrazného rozvoje. Jejich experimenty umožnily vysvětlit interferenci, difrakci a polarizaci světla [ 1 ] .


Vztah mezi vlnovou a fyzikální optikou

V anglické terminologii jsou z historických důvodů „vlnová optika“ a „fyzická optika“ synonyma. V minulosti toto ustanovení proniklo i do ruskojazyčné terminologie:

Před příchodem kvantové teorie světla (1905) bylo třeba rozlišovat dvě metody uvažování optických jevů. První metoda byla používána takzvanou geometrickou optikou, druhá - vlnovou optikou, která se za starých časů z nějakého důvodu stále nazývala fyzikální optikou. [2]

V moderní ruské standardní fyzikální terminologii vlnová optika a fyzická optika nejsou identifikovány:

VLNÁ OPTIKA, sekce fyziky. optika, která studuje souhrn takových jevů, ve kterých se objevují vlny. povaha světa. [3]

V učebnicích, jako je "Fyzikální optika" od Ditchburna, "Fyzikální optika" od Achmanova a Nikitina, "Základy fyzikální optiky" od Shandarova, jsou zvažovány jak vlnová optika, tak jevy, které v ní nejsou zahrnuty (například kvantové jevy).

Aproximace vlnové optiky

Vlnová optika je pouze přiblížením ve srovnání s přesnější kvantovou elektrodynamikou . Slovo „physical“ v anglickém názvu vlnové optiky znamená, že je více fyzikální než geometrická nebo paprsková optika, a ne že jde o přesnou fyzikální teorii. [4] :11–13

Vlnová optika je založena na klasických elektromagnetických rovnicích - Maxwellových rovnicích . V rámci vlnové optiky existují ještě zjednodušené aproximace, např. aproximace založená na Huygens -Fresnelově principu. V tomto kontextu se jedná o přechodnou aproximaci mezi geometrickou optikou , která ignoruje vlnové efekty, a elektromagnetickou teorií , která je přesnější.

Tato aproximace spočívá v použití paprskové optiky k odhadu pole na povrchu a následné integraci tohoto pole přes povrch pro výpočet přenášeného nebo rozptýleného pole. Toto připomíná Bornovu aproximaci , ve které jsou detaily problému považovány za poruchu . V optice se jedná o standardní způsob hodnocení difrakčních efektů. V rádiové fyzice se tato aproximace používá k odhadu podobných optických efektů. Tato aproximace modeluje několik interferencí, difrakcí a polarizačních efektů, ale ne závislost difrakce na polarizaci. Protože se jedná o vysokofrekvenční přiblížení, popisuje optiku přesněji než radiofyzika.

Problém vlnové optiky obvykle spočívá v integraci pole odvozeného z geometrické optiky přes celou plochu čočky, zrcadla nebo apertury pro výpočet procházejícího nebo rozptýleného světla.

V radarovém rozptylu to obvykle znamená nalezení přibližného proudu , který by byl detekován na tečné rovině v geometricky osvětlené části povrchu rozptylovače . Proud ve stínovaných oblastech je považován za nulový. Rozptýlené pole se pak získá integrací přes tyto přibližné proudy. To je užitečné pro tělesa s velkými hladkými konvexními tvary a pro ztrátové (nízký odraz) povrchy.

Pole nebo proud geometrické optiky obvykle nejsou přesné v blízkosti okrajů nebo hranic stínů, pokud nejsou doplněny difrakčními výpočty a modelem plazivých vln.

Standardní aproximace vlnové optiky má některé nedostatky v odhadu rozptýlených polí, což vede ke snížení přesnosti, pokud se problém liší od jednoduchého odrazu. [5] [6] Vylepšená teorie představená v roce 2004 poskytuje přesná řešení problémů souvisejících s difrakcí vln difrakčními rozptylovači [5] .

Poznámky

  1. ↑ Vlnová optika  / Odintsov A.I. // Grand Duke - Vzestupný uzel oběžné dráhy. - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2006. - S. 641. - ( Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / šéfredaktor Yu. S. Osipov  ; 2004-2017, v. 5). — ISBN 5-85270-334-6 .
  2. ↑ Khvolson O.D. Kurz fyziky. Svazek 1. Archivováno 10. května 2021 na Wayback Machine 1933. s. 602.
  3. ↑ Fyzický encyklopedický slovník. Moskva, vědecké nakladatelství "Velká ruská encyklopedie", 1995.
  4. ↑ Piotr Ya. Ufimcev. Základy fyzikální teorie difrakce  (anglicky) . - John Wiley & Sons , 2007. - ISBN 978-0-470-10900-7 .
  5. ↑ 12 Y.Z .; Umul. Upravená teorie fyzikální optiky  //  Optics Express : deník. - 2004. - říjen ( roč. 12 , č. 20 ). - S. 4959-4972 . - doi : 10.1364/OPEX.12.004959 . - . — PMID 19484050 .
  6. ↑ T.; Shijo. Upravené povrchové normální vektory ve fyzické optice  //  Transakce IEEE na anténách a šíření : deník. - 2008. - prosinec ( roč. 56 , č. 12 ). - str. 3714-3722 . - doi : 10.1109/TAP.2008.2007276 . - .

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Sekce optiky
Související pokyny