Плоска монохроматична хвиля, її параметри і властивості - студопедія

Плоска монохроматична хвиля - приватне рішення Рівнянь Максвелла. Напруженість електричного поля такої хвилі описується виразом:

- хвиля поширюється вздовж осі z,

- хвиля поширюється в напрямку, що задається вектором. Тут - хвильовий вектор, довжина якого дорівнює хвильовому числу, а напрямок збігається з напрямком поширення хвилі (тобто з нормаллю до хвилевого фронту).

У комплексному вигляді

Параметри плоскою монохроматичному хвилі. (Див. Рис 1).

- амплітуда хвилі, в загальному випадку, комплексна.

- початкова фаза хвилі,

- циклічна частота хвилі,

. де - частота хвилі (Гц),

. де - період хвилі,

- хвильовий вектор, спрямований в напрямку поширення хвилі (в окремому випадку - уздовж осі z), перпендикулярно до хвильової поверхні (поверхні рівних фаз).

- довжина хвилі або її просторовий період, # 965; - фазова швидкість хвилі (швидкість поширення хвильового фронту хвилі)

де n - показник заломлення середовища,
- довжина хвилі в вакуумі,
величина # 916 ;, що дорівнює добутку показника заломлення на геометричну довжину шляху # 916; = Nz. називається оптичною довжиною шляху.

Властивості плоскою монохроматичному хвиль и

1. Хвиля монохроматична - коливання напруженостей електричного і магнітного полів відбуваються на одній частоті, тобто гармонійні (за законом sin, cos).

2. Хвиля плоска - хвильова поверхня (поверхня рівних фаз, або поверхню постійної фази) - площину (див. Рис 2), тобто задовольняє рівняння площині: z = const (в загальному випадку). Хвильовий фронт - це хвильова поверхня на кордоні між обуреної і невозмущенной частиною простору.

3. Поперечність електромагнітної хвилі - коливання векторів і перпендикулярні напрямку розповсюдження хвилі (див. Рис. 2, 3, 4);

Мал. 2. Хвильовий фронт (площину) і структура плоскою монохроматичному хвилі (права трійка векторів)

Рис.3. Хвильовий фронт (сфера) і структура сферичної монохроматичної хвилі (права трійка векторів)

4. Права трійка векторів - вектори. утворюють праву ортогонал'ную трійку векторів (див. рис. 2, 3.);

5. Зв'язок між векторами і - синфазность коливань цих векторів (див. Рис. 4);

Мал. 4. синфазним коливань напруженостей електричного і магнітного полів

6. Зв'язок між амплітудами векторів і:

7. Поляризація електромагнітної хвилі. Поляризація - властивість світла, обумовлене поперечним електромагнітних хвиль. Поляризація характеризує структуру коливань вектора напруженості електричного поля в площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі (див. Рис. 5). Кінець вектора в цій площині може описувати різні фігури (лінію, еліпс, коло). Якщо з плином часу ці фігури не змінюються, світло повністю поляризований (лінійно, еліптично, циркулярно). Якщо стану поляризації (фігури) з плином часу змінюються випадковим чином, світло не поляризоване;

Мал. 5. Стану поляризації плоскої монохроматичної хвилі

8. Інтенсивність плоскої монохроматичної хвилі пропорційна квадрату її амплітуди;

9. Зв'язок між хвилею і променем. Світлові промені - це нормалі до хвильової поверхні (поверхні постійної фази хвилі) (cм. Рис 6).

Мал. 6. Хвильові поверхні в різні моменти часу і світлові промені:
в разі плоскої (ліворуч) і сферичної (праворуч) хвиль