Волновая оптика
Волновая оптика — отдел физической оптики, в котором изучают интерференцию, дифракцию, поляризацию и другие явления, для понимания которых необходимо и достаточно представление о волновой природе света. К волновой оптике не относится геометрическая оптика (и, соответственно, фотометрия и большая часть теории оптических приборов), где не требуются волновые представления и достаточно описания света в виде лучей. К волновой оптике также не относится оптика явлений, которые волновая теория не может объяснить (например, линейчатые и полосатые спектры, тепловое излучение, фотоэффект, люминесценция, лазеры, квантовый шум и другие).
История
Во 2-й половине XVII века Христиан Гюйгенс установил волновой характер распространения света. Благодаря исследованиям Т. Юнга, О. Френеля, Д. Араго и др. волновая оптика получила существенное развитие. Их опыты позволили объяснить интерференцию, дифракцию и поляризацию света.
Соотношение между волновой и физической оптикой
В англоязычной терминологии по историческим причинам «wave optics» и «physical optics» являются синонимами. В прошлом такое положение проникало и в русскоязычную терминологию:
До возникновения квантовой теории света (1905) приходилось отличать два метода рассмотрения оптических явлений. Первым методом пользовалась так называемая геометрическая оптика, вторым — волновая оптика, которую в былые времена ещё почему-то называли физической оптикой.
В современной русскоязычной стандартной физической терминологии волновая оптика и физическая оптика не отождествляются:
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА, раздел физ. оптики, изучающий совокупность таких явлений, в к-рых проявляется волн. природа света.
В таких учебниках, как «Физическая оптика» Дитчберна, «Физическая оптика» Ахманова и Никитина, «Основы физической оптики» Шандарова рассматриваются как волновая оптика, так и явления, не входящие в неё (например, квантовые явления).
Приближения волновой оптики
Волновая оптика является лишь приближением по сравнению с более точной квантовой электродинамикой. Слово «physical» в англоязычном названии волновой оптики означает, что она более физическая, чем геометрическая или лучевая оптика, а не то, что это точная физическая теория.:11–13
Волновая оптика основана на классических электромагнитных уравнениях — уравнениях Максвелла. В рамках волновой оптики существуют ещё более упрощённые приближения, например, приближение, основанное на принципе Гюйгенса — Френеля. В этом контексте это промежуточное приближение между геометрической оптикой, которая игнорирует волновые эффекты, и электромагнетитной теорией, которая является более точной.
Это приближение состоит в использовании лучевой оптики для оценки поля на поверхности и последующим интегрированием этого поля по поверхности для расчёта прошедшего или рассеянного поля. Это напоминает борновское приближение, в котором детали проблемы рассматриваются как возмущение. В оптике это стандартный способ оценки дифракционных эффектов. В радиофизике это приближение используется для оценки аналогичных оптическим эффектов. Это приближение моделирует несколько интерференционных, дифракционных и поляризационных эффектов, но не зависимость дифракции от поляризации. Поскольку это высокочастотное приближение, оно более точно описывает оптику, чем радиофизику.
Задача волновой оптики обычно состоит из интегрирования поля, полученного из геометрической оптики, по всей площади линзы, зеркала или отверстия для расчёта прошедшего или рассеянного света.
При радиолокационном рассеянии это обычно означает нахождение приближённого тока, который был бы обнаружен на касательной плоскости в геометрически освещённой части поверхности рассеивателя. Ток на затенённых участках принимается за ноль. Рассеянное поле затем получается посредством интегрирования по этим приближённым токам. Это полезно для тел с большими гладкими выпуклыми формами и для поверхностей с потерями (с низким отражением).
Поле геометрической оптики или ток обычно не точны вблизи краёв или теневых границ, если только они не дополнены расчётами дифракции и моделью ползучей волны.
Стандартное приближение волновой оптики имеет некоторые недостатки в оценке рассеянных полей, что приводит к снижению точности в случае отличия задачи от простого отражения. Усовершенствованная теория, введённая в 2004 году, даёт точные решения задач, связанных с дифракцией волн на проводящих рассеивателях.
Примечания
- Волновая оптика : [арх. 15 июня 2024] / Одинцов А. И. // Великий князь — Восходящий узел орбиты. — М. : Большая российская энциклопедия, 2006. — С. 641. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 5). — ISBN 5-85270-334-6.
- Хвольсон О. Д. Курс физики. Том 1. Архивная копия от 10 мая 2021 на Wayback Machine 1933. С. 602.
- Физический энциклопедический словарь. Москва, научное издательство «Большая российская энциклопедия», 1995.
- Pyotr Ya. Ufimtsev. Fundamentals of the Physical Theory of Diffraction (англ.). — John Wiley & Sons, 2007. — ISBN 978-0-470-10900-7.
- Y. Z.; Umul. Modified theory of physical optics (англ.) // [англ.] : journal. — 2004. — October (vol. 12, no. 20). — P. 4959—4972. — doi:10.1364/OPEX.12.004959. — . — PMID 19484050.
- T.; Shijo. The modified surface-normal vectors in the physical optics (англ.) // [англ.] : journal. — 2008. — December (vol. 56, no. 12). — P. 3714—3722. — doi:10.1109/TAP.2008.2007276. — .
Литература
- Serway, Raymond A. Physics for Scientists and Engineers (6th ed.) (англ.). — [англ.]. — ISBN 0-534-40842-7. Serway, Raymond A. Physics for Scientists and Engineers (6th ed.) (англ.). — [англ.]. — ISBN 0-534-40842-7. Serway, Raymond A. Physics for Scientists and Engineers (6th ed.) (англ.). — [англ.]. — ISBN 0-534-40842-7.
- Akhmanov, A. Physical Optics (англ.). — Oxford University Press, 1997. — ISBN 0-19-851795-5. Akhmanov, A. Physical Optics (англ.). — Oxford University Press, 1997. — ISBN 0-19-851795-5. Akhmanov, A. Physical Optics (англ.). — Oxford University Press, 1997. — ISBN 0-19-851795-5.
- S.G.; Hay. A double-edge-diffraction Gaussian-series method for efficient physical optics analysis of dual-shaped-reflector antennas (англ.) // [англ.] : journal. — 2005. — August (vol. 53). — doi:10.1109/tap.2005.851855. — .
- J. S.; Asvestas. The physical optics method in electromagnetic scattering (англ.) // Journal of Mathematical Physics : journal. — 1980. — February (vol. 21, no. 2). — P. 290—299. — doi:10.1063/1.524413. — .
- Д. В. Скобельцын. Физическая оптика. — М.: Наука, 1964. — 321 с. — (Труды Физического Института им. П. Н. Лебедева). (недоступная ссылка)
- Р. В. Дичбурн, Л. А. Вайнштейн, О. А. Шустин, И. А. Яковлев. Физическая оптика. — М.: Наука, 1965. — 631 с. (недоступная ссылка)
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Волновая оптика, Что такое Волновая оптика? Что означает Волновая оптика?
Volnovaya optika otdel fizicheskoj optiki v kotorom izuchayut interferenciyu difrakciyu polyarizaciyu i drugie yavleniya dlya ponimaniya kotoryh neobhodimo i dostatochno predstavlenie o volnovoj prirode sveta K volnovoj optike ne otnositsya geometricheskaya optika i sootvetstvenno fotometriya i bolshaya chast teorii opticheskih priborov gde ne trebuyutsya volnovye predstavleniya i dostatochno opisaniya sveta v vide luchej K volnovoj optike takzhe ne otnositsya optika yavlenij kotorye volnovaya teoriya ne mozhet obyasnit naprimer linejchatye i polosatye spektry teplovoe izluchenie fotoeffekt lyuminescenciya lazery kvantovyj shum i drugie Volnovaya optika ispolzuetsya dlya obyasneniya takih effektov kak difrakciyaIstoriyaVo 2 j polovine XVII veka Hristian Gyuj gen s us ta nov il vol no voj ha rak ter ras pro stra ne niya sve ta Blagodarya is sle do va ni yam T Yun ga O Fre ne lya D Ara go i dr volnovaya optika po lu chi la su she st ven noe raz vi tie Ih opy ty po zvo lili ob yas nit in ter fe ren ciyu di frak ciyu i po lya ri za ciyu sve ta Sootnoshenie mezhdu volnovoj i fizicheskoj optikojV angloyazychnoj terminologii po istoricheskim prichinam wave optics i physical optics yavlyayutsya sinonimami V proshlom takoe polozhenie pronikalo i v russkoyazychnuyu terminologiyu Do vozniknoveniya kvantovoj teorii sveta 1905 prihodilos otlichat dva metoda rassmotreniya opticheskih yavlenij Pervym metodom polzovalas tak nazyvaemaya geometricheskaya optika vtorym volnovaya optika kotoruyu v bylye vremena eshyo pochemu to nazyvali fizicheskoj optikoj V sovremennoj russkoyazychnoj standartnoj fizicheskoj terminologii volnovaya optika i fizicheskaya optika ne otozhdestvlyayutsya VOLNOVAYa OPTIKA razdel fiz optiki izuchayushij sovokupnost takih yavlenij v k ryh proyavlyaetsya voln priroda sveta V takih uchebnikah kak Fizicheskaya optika Ditchberna Fizicheskaya optika Ahmanova i Nikitina Osnovy fizicheskoj optiki Shandarova rassmatrivayutsya kak volnovaya optika tak i yavleniya ne vhodyashie v neyo naprimer kvantovye yavleniya Priblizheniya volnovoj optikiVolnovaya optika yavlyaetsya lish priblizheniem po sravneniyu s bolee tochnoj kvantovoj elektrodinamikoj Slovo physical v angloyazychnom nazvanii volnovoj optiki oznachaet chto ona bolee fizicheskaya chem geometricheskaya ili luchevaya optika a ne to chto eto tochnaya fizicheskaya teoriya 11 13 Volnovaya optika osnovana na klassicheskih elektromagnitnyh uravneniyah uravneniyah Maksvella V ramkah volnovoj optiki sushestvuyut eshyo bolee uproshyonnye priblizheniya naprimer priblizhenie osnovannoe na principe Gyujgensa Frenelya V etom kontekste eto promezhutochnoe priblizhenie mezhdu geometricheskoj optikoj kotoraya ignoriruet volnovye effekty i elektromagnetitnoj teoriej kotoraya yavlyaetsya bolee tochnoj Eto priblizhenie sostoit v ispolzovanii luchevoj optiki dlya ocenki polya na poverhnosti i posleduyushim integrirovaniem etogo polya po poverhnosti dlya raschyota proshedshego ili rasseyannogo polya Eto napominaet bornovskoe priblizhenie v kotorom detali problemy rassmatrivayutsya kak vozmushenie V optike eto standartnyj sposob ocenki difrakcionnyh effektov V radiofizike eto priblizhenie ispolzuetsya dlya ocenki analogichnyh opticheskim effektov Eto priblizhenie modeliruet neskolko interferencionnyh difrakcionnyh i polyarizacionnyh effektov no ne zavisimost difrakcii ot polyarizacii Poskolku eto vysokochastotnoe priblizhenie ono bolee tochno opisyvaet optiku chem radiofiziku Zadacha volnovoj optiki obychno sostoit iz integrirovaniya polya poluchennogo iz geometricheskoj optiki po vsej ploshadi linzy zerkala ili otverstiya dlya raschyota proshedshego ili rasseyannogo sveta Pri radiolokacionnom rasseyanii eto obychno oznachaet nahozhdenie priblizhyonnogo toka kotoryj byl by obnaruzhen na kasatelnoj ploskosti v geometricheski osveshyonnoj chasti poverhnosti rasseivatelya Tok na zatenyonnyh uchastkah prinimaetsya za nol Rasseyannoe pole zatem poluchaetsya posredstvom integrirovaniya po etim priblizhyonnym tokam Eto polezno dlya tel s bolshimi gladkimi vypuklymi formami i dlya poverhnostej s poteryami s nizkim otrazheniem Pole geometricheskoj optiki ili tok obychno ne tochny vblizi krayov ili tenevyh granic esli tolko oni ne dopolneny raschyotami difrakcii i modelyu polzuchej volny Standartnoe priblizhenie volnovoj optiki imeet nekotorye nedostatki v ocenke rasseyannyh polej chto privodit k snizheniyu tochnosti v sluchae otlichiya zadachi ot prostogo otrazheniya Usovershenstvovannaya teoriya vvedyonnaya v 2004 godu dayot tochnye resheniya zadach svyazannyh s difrakciej voln na provodyashih rasseivatelyah PrimechaniyaVolnovaya optika arh 15 iyunya 2024 Odincov A I Velikij knyaz Voshodyashij uzel orbity M Bolshaya rossijskaya enciklopediya 2006 S 641 Bolshaya rossijskaya enciklopediya v 35 t gl red Yu S Osipov 2004 2017 t 5 ISBN 5 85270 334 6 Hvolson O D Kurs fiziki Tom 1 Arhivnaya kopiya ot 10 maya 2021 na Wayback Machine 1933 S 602 Fizicheskij enciklopedicheskij slovar Moskva nauchnoe izdatelstvo Bolshaya rossijskaya enciklopediya 1995 Pyotr Ya Ufimtsev Fundamentals of the Physical Theory of Diffraction angl John Wiley amp Sons 2007 ISBN 978 0 470 10900 7 Y Z Umul Modified theory of physical optics angl angl journal 2004 October vol 12 no 20 P 4959 4972 doi 10 1364 OPEX 12 004959 Bibcode 2004OExpr 12 4959U PMID 19484050 T Shijo The modified surface normal vectors in the physical optics angl angl journal 2008 December vol 56 no 12 P 3714 3722 doi 10 1109 TAP 2008 2007276 Bibcode 2008ITAP 56 3714S LiteraturaSerway Raymond A Physics for Scientists and Engineers 6th ed angl angl ISBN 0 534 40842 7 Serway Raymond A Physics for Scientists and Engineers 6th ed angl angl ISBN 0 534 40842 7 Serway Raymond A Physics for Scientists and Engineers 6th ed angl angl ISBN 0 534 40842 7 Akhmanov A Physical Optics angl Oxford University Press 1997 ISBN 0 19 851795 5 Akhmanov A Physical Optics angl Oxford University Press 1997 ISBN 0 19 851795 5 Akhmanov A Physical Optics angl Oxford University Press 1997 ISBN 0 19 851795 5 S G Hay A double edge diffraction Gaussian series method for efficient physical optics analysis of dual shaped reflector antennas angl angl journal 2005 August vol 53 doi 10 1109 tap 2005 851855 Bibcode 2005ITAP 53 2597H J S Asvestas The physical optics method in electromagnetic scattering angl Journal of Mathematical Physics journal 1980 February vol 21 no 2 P 290 299 doi 10 1063 1 524413 Bibcode 1980JMP 21 290A D V Skobelcyn Fizicheskaya optika M Nauka 1964 321 s Trudy Fizicheskogo Instituta im P N Lebedeva nedostupnaya ssylka R V Dichburn L A Vajnshtejn O A Shustin I A Yakovlev Fizicheskaya optika M Nauka 1965 631 s nedostupnaya ssylka
