ความถี่ของคลื่นแสงเปลี่ยนแปลงอย่างไร? คริสตัลโทนิคจะช่วยให้คุณเปลี่ยนความถี่ของคลื่นแสงได้

คลื่นแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประกอบด้วยสเปกตรัมอินฟราเรด ส่วนมองเห็นได้ และอัลตราไวโอเลต ความยาวคลื่นของแสงในสุญญากาศที่สอดคล้องกับสีปฐมภูมิของสเปกตรัมที่มองเห็นได้แสดงไว้ในตารางด้านล่าง ความยาวคลื่นมีหน่วยเป็นนาโนเมตร

โต๊ะ

คลื่นแสงมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

1. คลื่นแสงเป็นแนวขวาง

2. เวกเตอร์และการแกว่งไปมาในคลื่นแสง

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าอิทธิพลทุกประเภท (ทางสรีรวิทยา โฟโตเคมีคอล โฟโตอิเล็กทริค ฯลฯ) เกิดจากการสั่นของเวกเตอร์ไฟฟ้า เขาถูกเรียก เวกเตอร์แสง . สมการคลื่นแสงมีรูปแบบดังนี้

ความกว้างของเวกเตอร์แสง อีม. มักเขียนแทนด้วยตัวอักษร กและแทนที่จะใช้สมการ (3.30) จะใช้สมการ (3.24)

3.ความเร็วแสงในสุญญากาศ .

ความเร็วของคลื่นแสงในตัวกลางถูกกำหนดโดยสูตร (3.29) แต่สำหรับสื่อโปร่งใส (แก้ว น้ำ) มักจะเป็นเช่นนั้น

สำหรับคลื่นแสง เราจะนำแนวคิดเรื่องดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์มาใช้

ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์คืออัตราส่วนของความเร็วแสงในสุญญากาศต่อความเร็วแสงในตัวกลางที่กำหนด

จาก (3.29) โดยคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่า สำหรับสื่อโปร่งใส เราสามารถเขียนค่าความเท่าเทียมกันได้

สำหรับสุญญากาศ ε = 1 และ n= 1. สำหรับสภาพแวดล้อมทางกายภาพใดๆ n> 1. เช่น สำหรับน้ำ n= 1.33 สำหรับแก้ว ตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่าเรียกว่ามีความหนาแน่นมากขึ้น เรียกว่าอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์:

4. ความถี่ของคลื่นแสงสูงมาก เช่น แสงสีแดงที่มีความยาวคลื่น

.

เมื่อแสงผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ความถี่ของแสงจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ความเร็วและความยาวคลื่นจะเปลี่ยนไป

สำหรับสุญญากาศ - ; สำหรับสิ่งแวดล้อม - แล้ว

.

ดังนั้น ความยาวคลื่นของแสงในตัวกลางจึงเท่ากับอัตราส่วนของความยาวคลื่นของแสงในสุญญากาศต่อดัชนีการหักเหของแสง

5. เนื่องจากความถี่ของคลื่นแสงสูงมาก จากนั้นดวงตาของผู้สังเกตการณ์จะไม่แยกแยะการสั่นสะเทือนส่วนบุคคล แต่รับรู้ถึงการไหลของพลังงานโดยเฉลี่ย สิ่งนี้แนะนำแนวคิดเรื่องความเข้มข้น

ความเข้มคืออัตราส่วนของพลังงานเฉลี่ยที่ถ่ายโอนโดยคลื่นต่อช่วงเวลาและพื้นที่ของไซต์ที่ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น:

เนื่องจากพลังงานคลื่นเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูด (ดูสูตร (3.25)) ความเข้มจึงเป็นสัดส่วนกับค่าเฉลี่ยของกำลังสองของแอมพลิจูด

ลักษณะของความเข้มของแสงโดยคำนึงถึงความสามารถในการทำให้เกิดความรู้สึกทางสายตาคือ ฟลักซ์ส่องสว่าง - F .

6. ธรรมชาติของคลื่นของแสงปรากฏออกมา เช่น ในปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การรบกวนและการเลี้ยวเบน

11.3. เลนส์คลื่น

11.3.1. ระยะและลักษณะสำคัญของคลื่นแสง

เลนส์คลื่นใช้แนวคิดของคลื่นแสง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันและตัวกลางที่พวกมันแพร่กระจายนำไปสู่ปรากฏการณ์ของการรบกวน การเลี้ยวเบน และการกระจายตัว

คลื่นแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นจำเพาะและประกอบด้วย:

• รังสีอัลตราไวโอเลต(ความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 1 ⋅ 10 −9 ถึง 4 ⋅ 10 −7 m)
• แสงที่มองเห็นได้ (ความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 4 ⋅ 10 −7 ถึง 8 ⋅ 10 −7 m)
• รังสีอินฟราเรด(ความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 8 ⋅ 10 −7 ถึง 5 ⋅ 10 −4 m)

แสงที่มองเห็นนั้นครอบครองช่วงรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แคบมาก (4 ⋅ 10 −7 - 8 ⋅ 10 −7 m)

แสงสีขาวคือการรวมกันของคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่น (ความถี่) ต่างกัน และภายใต้เงื่อนไขบางประการ สามารถสลายสเปกตรัมออกเป็น 7 องค์ประกอบโดยมีความยาวคลื่นดังต่อไปนี้:

• แสงสีม่วง - 390–435 นาโนเมตร;
• แสงสีฟ้า - 435–460 นาโนเมตร;
• แสงสีฟ้า - 460–495 นาโนเมตร;
• แสงสีเขียว - 495–570 นาโนเมตร;
• แสงสีเหลือง - 570–590 นาโนเมตร;
• แสงสีส้ม - 590–630 นาโนเมตร;
• แสงสีแดง - 630–770 นาโนเมตร

ความยาวคลื่นของแสงถูกกำหนดโดยสูตร

โดยที่ v คือความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแสงในตัวกลางที่กำหนด ν คือความถี่ของคลื่นแสง

ความเร็วการแพร่กระจายคลื่นแสงในสุญญากาศเกิดขึ้นพร้อมกับความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ถูกกำหนดโดยค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐาน (ค่าคงที่ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก) และเป็นปริมาณพื้นฐานในตัวมันเอง ( ความเร็วแสงในสุญญากาศ):

c = 1 ε 0 μ 0 data 3.0 ⋅ 10 8 ม./วินาที

โดยที่ ε 0 คือค่าคงที่ทางไฟฟ้า ε 0 = 8.85 ⋅ 10 −12 F/m; µ 0 - ค่าคงที่แม่เหล็ก, µ 0 = 4π ⋅ 10 −7 H/m

ความเร็วแสงในสุญญากาศคือความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้ในธรรมชาติ

เมื่อเคลื่อนที่จากสุญญากาศไปยังตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงคงที่ (n = const) คุณลักษณะของคลื่นแสง (ความถี่ ความยาวคลื่น และความเร็วการแพร่กระจาย) สามารถเปลี่ยนค่าได้:

• ตามกฎแล้วความถี่ของคลื่นแสงจะไม่เปลี่ยนแปลง:

ν = ν 0 = คงที่

โดยที่ ν คือความถี่ของคลื่นแสงในตัวกลาง ν 0 - ความถี่ของคลื่นแสงในสุญญากาศ (อากาศ)

• ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแสงจะลดลง n เท่า:

โดยที่ v คือความเร็วแสงในตัวกลาง c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ (อากาศ) c γ 3.0 ⋅ 10 8 m/s; n คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลาง n = ε μ ; ε คือค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลาง µ - การซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลาง

• ความยาวคลื่นแสงลดลง n เท่า:

แลม = แลม 0 n,

โดยที่ λ คือความยาวคลื่นในตัวกลาง แลม 0 - ความยาวคลื่นในสุญญากาศ (อากาศ)

ตัวอย่างที่ 20 แสงสีเขียวความยาวคลื่น 30 ความยาวคลื่นวางอยู่ในสุญญากาศบนส่วนหนึ่งของเส้นทาง ค้นหาว่าแสงสีเขียวมีความยาวคลื่นเท่าใดที่พอดีกับส่วนเดียวกันในตัวกลางโปร่งใสที่มีดัชนีการหักเหของแสง 2.0

สารละลาย . ความยาวคลื่นของแสงในตัวกลางลดลง ด้วยเหตุนี้ ในบางเซ็กเมนต์ ความยาวคลื่นจำนวนมากจะพอดีกับตัวกลางมากกว่าในสุญญากาศ

ความยาวของส่วนที่ระบุคือผลคูณของ:

• สำหรับสุญญากาศ -

ส = ยังไม่มีข้อความ 1 แล 0 ,

โดยที่ N 1 คือจำนวนความยาวคลื่นที่พอดีกับความยาวของส่วนที่กำหนดในสุญญากาศ N 1 = 30; แลมบ์ 0 - ความยาวคลื่นของแสงสีเขียวในสุญญากาศ

• เพื่อสิ่งแวดล้อม -

ส = ยังไม่มีข้อความ 2 แล,

โดยที่ N 2 คือจำนวนความยาวคลื่นที่พอดีกับความยาวของส่วนที่กำหนดในตัวกลาง แล คือ ความยาวคลื่นของแสงสีเขียวในตัวกลาง

ความเท่าเทียมกันทางด้านซ้ายของสมการช่วยให้เราเขียนความเท่าเทียมกันได้

ไม่มี 1 แลมบ์ดา 0 = ไม่มี 2 แลมบ์.

ให้เราแสดงค่าที่ต้องการจากที่นี่:

ยังไม่มีข้อความ 2 = ยังไม่มีข้อความ 1 แล 0 แลมบ์ .

ความยาวคลื่นของแสงในตัวกลางลดลงและเป็นอัตราส่วน

แลม = แลม 0 n,

โดยที่ n คือดัชนีการหักเหของตัวกลาง n = 2.0

การแทนที่อัตราส่วนลงในสูตรสำหรับ N 2 จะได้

N2 = N1n

มาคำนวณกัน:

ยังไม่มีข้อความ 2 = 30 ⋅ 2.0 = 60.

ในส่วนที่ระบุ ความยาวคลื่น 60 ความยาวจะพอดีกับตัวกลาง โปรดทราบว่าผลลัพธ์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น

ในวารสารวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ไม่ค่อยมีใครอ่านเกี่ยวกับ "การค้นพบอันน่าทึ่ง" และ "ปรากฏการณ์ทางกายภาพอันน่าทึ่ง" แต่สิ่งเหล่านี้เป็นคำที่ใช้อธิบายผลการทดลองเกี่ยวกับคลื่นแสงที่ดำเนินการที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์

ประเด็นก็คือ John Joannopoulos หนึ่งในผู้บุกเบิกด้านคริสตัลโฟโตนิก ค้นพบคุณสมบัติที่แปลกประหลาดมากซึ่งแสดงโดยคริสตัลดังกล่าวเมื่อสัมผัสกับคลื่นกระแทก

ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ คุณสามารถทำอะไรก็ได้ด้วยลำแสงที่ส่องผ่านคริสตัลเหล่านี้ - ตัวอย่างเช่น เปลี่ยนความถี่ของคลื่นแสง (นั่นคือ สี) ระดับการควบคุมกระบวนการใกล้ถึง 100% ซึ่งในความเป็นจริงแล้วเป็นสิ่งที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจมากที่สุด

แล้วคริสตัลโทนิคคืออะไร?

นี่ไม่ใช่การแปลที่ประสบความสำเร็จมากนัก แต่เป็นการแปลคำว่า Photonic Crystals ที่ค่อนข้างธรรมดาอยู่แล้ว คำนี้ถูกนำมาใช้ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 เพื่อระบุถึงอะนาล็อกเชิงแสงของเซมิคอนดักเตอร์

ศาสตราจารย์ จอห์น เอียนโนปูลอส

เหล่านี้เป็นคริสตัลประดิษฐ์ที่ทำจากอิเล็กทริกโปร่งแสงซึ่งมีการสร้าง "รู" อากาศในลักษณะที่เป็นระเบียบเพื่อให้รังสีแสงที่ผ่านคริสตัลดังกล่าวเข้าสู่สื่อโดยมีการสะท้อนแสงสูงหรือต่ำ

ด้วยเหตุนี้ โฟตอนในคริสตัลจึงพบว่าตัวเองอยู่ในสภาวะใกล้เคียงกับอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์ และด้วยเหตุนี้ แถบโทนิคที่ "อนุญาต" และ "ต้องห้าม" จึงถูกสร้างขึ้น (Photonic Band Gap) เพื่อให้คริสตัลปิดกั้นแสงด้วย ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับโซนโฟตอนต้องห้าม ในขณะที่แสงที่มีความยาวคลื่นอื่นจะแพร่กระจายได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง

คริสตัลโทนิคตัวแรกถูกสร้างขึ้นในต้นปี 1990 โดย Eli Yablonovitch พนักงานของ Bell Labs ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เมื่อทราบการทดลองของอิโออันโนปูลอส เขาเรียกระดับการควบคุมที่เกิดขึ้นเหนือคลื่นแสงว่า "น่าตกใจ"

หลังจากทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ทีมงานของ Ioannopoulos ค้นพบว่าเมื่อคริสตัลสัมผัสกับคลื่นกระแทก คุณสมบัติทางกายภาพของมันจะเปลี่ยนไปอย่างมาก ตัวอย่างเช่น คริสตัลที่ส่งแสงสีแดงและสะท้อนแสงสีเขียวก็กลายเป็นโปร่งใสเป็นแสงสีเขียวและทึบแสงไปยังส่วนสีแดงของสเปกตรัม

เคล็ดลับเล็ก ๆ ที่มีคลื่นกระแทกทำให้สามารถ "หยุด" แสงภายในคริสตัลได้อย่างสมบูรณ์: คลื่นแสงเริ่ม "ตี" ระหว่างส่วนที่ "บีบอัด" และ "ไม่บีบอัด" ของคริสตัล - ได้รับเอฟเฟกต์ห้องกระจกชนิดหนึ่ง .

โครงร่างของกระบวนการที่เกิดขึ้นในคริสตัลโฟโตนิกเมื่อมีคลื่นกระแทกผ่านไป

เมื่อคลื่นกระแทกเคลื่อนผ่านคริสตัล คลื่นแสงจะเกิดการเปลี่ยนแปลงดอปเปลอร์ทุกครั้งที่สัมผัสกับพัลส์ช็อต

หากคลื่นกระแทกเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับคลื่นแสง ความถี่ของแสงจะสูงขึ้นตามการชนแต่ละครั้ง

หากคลื่นกระแทกเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันกับแสง ความถี่ของมันจะลดลง

หลังจากการสะท้อน 10,000 ครั้ง ซึ่งเกิดขึ้นในเวลาประมาณ 0.1 นาโนวินาที ความถี่ของพัลส์แสงจะเปลี่ยนไปอย่างมาก ดังนั้นแสงสีแดงจึงสามารถเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินได้ ความถี่ยังสามารถไปไกลกว่าส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ไปสู่บริเวณอินฟราเรดหรืออัลตราไวโอเลต

ด้วยการเปลี่ยนโครงสร้างของคริสตัล คุณสามารถควบคุมความถี่ที่จะเข้าสู่คริสตัลและความถี่ที่จะออกไปได้อย่างสมบูรณ์

แต่ Ioannopoulos และเพื่อนร่วมงานของเขากำลังจะเริ่มการทดสอบภาคปฏิบัติ เพราะดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ผลลัพธ์ของพวกเขาขึ้นอยู่กับการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์

ภาพนิ่งจากลำดับวิดีโอของการจำลองคอมพิวเตอร์ที่ดำเนินการโดย Ioannopoulos และเพื่อนร่วมงานของเขา

ขณะนี้การเจรจากำลังดำเนินการกับห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์เกี่ยวกับการทดลอง "ของจริง": ขั้นแรกคริสตัลจะถูกยิงด้วยกระสุนและจากนั้นอาจด้วยเสียงพัลส์ซึ่งทำลายล้างคริสตัลได้น้อยกว่า

แสงเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อน ในบางกรณีมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในบางกรณีมีพฤติกรรมเหมือนกระแสอนุภาคพิเศษ (โฟตอน) หนังสือเล่มนี้อธิบายถึงทัศนศาสตร์ของคลื่น ซึ่งก็คือช่วงของปรากฏการณ์ที่อิงธรรมชาติของคลื่นในแสง ชุดของปรากฏการณ์ที่เกิดจากธรรมชาติของแสงในร่างกายจะได้รับการพิจารณาในเล่มที่สาม

ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เวกเตอร์ E และ H จะสั่น ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าผลกระทบทางสรีรวิทยา โฟโตเคมี โฟโตอิเล็กทริก และผลกระทบอื่น ๆ ของแสงเกิดจากการสั่นของเวกเตอร์ไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้ เราจะพูดถึงเวกเตอร์แสงเพิ่มเติม ซึ่งหมายถึงเวกเตอร์ของความแรงของสนามไฟฟ้า เราแทบจะไม่พูดถึงเวกเตอร์แม่เหล็กของคลื่นแสงเลย

เราจะแสดงโมดูลัสแอมพลิจูดของเวกเตอร์แสงตามกฎด้วยตัวอักษร A (บางครั้ง ) ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของเวลาและพื้นที่ของการฉายภาพเวกเตอร์แสงไปยังทิศทางที่เวกเตอร์แสงสั่นจะถูกอธิบายโดยสมการ

โดยที่ k คือเลขคลื่น และคือระยะทางที่วัดตามทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นแสง สำหรับคลื่นระนาบที่แพร่กระจายในตัวกลางที่ไม่ดูดซับ A = const สำหรับคลื่นทรงกลม A ลดลงเป็น เป็นต้น

อัตราส่วนของความเร็วของคลื่นแสงในสุญญากาศต่อความเร็วเฟส v ในตัวกลางบางตัวเรียกว่าดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ของตัวกลางนี้และเขียนแทนด้วยตัวอักษร ดังนั้น,

เมื่อเปรียบเทียบกับสูตร (104.10) พบว่าสำหรับสารโปร่งใสส่วนใหญ่ แทบไม่แตกต่างจากความสามัคคีเลย ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่า

สูตร (110.3) เชื่อมต่อคุณสมบัติทางแสงของสารกับคุณสมบัติทางไฟฟ้า เมื่อมองแวบแรกอาจดูเหมือนว่าสูตรนี้ไม่ถูกต้อง ตัวอย่างเช่น สำหรับน้ำ อย่างไรก็ตาม ต้องคำนึงว่าค่าที่ได้มาจากการวัดค่าไฟฟ้าสถิต ในสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ค่าจะแตกต่างกัน และขึ้นอยู่กับความถี่ของการสั่นของสนาม ข้อมูลนี้อธิบายการกระจายตัวของแสง เช่น การขึ้นต่อกันของดัชนีการหักเหของแสง (หรือความเร็วของแสง) ต่อความถี่ (หรือความยาวคลื่น) การแทนค่าที่ได้รับสำหรับความถี่ที่สอดคล้องกันลงในสูตร (110.3) จะทำให้ได้ค่าที่ถูกต้อง

ค่าดัชนีการหักเหของแสงจะแสดงลักษณะความหนาแน่นของแสงของตัวกลาง ตัวกลางที่มีขนาดใหญ่กว่าจะว่ากันว่ามีความหนาแน่นมากกว่าตัวกลางที่มีขนาดเล็กกว่า ดังนั้น ตัวกลางที่มีน้อยจึงเรียกว่าตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าทางการมองเห็นมากกว่าตัวกลางที่มีมากกว่า

ความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นอยู่ในช่วง

ค่าเหล่านี้หมายถึงคลื่นแสงในสุญญากาศ ความยาวคลื่นของแสงจะแตกต่างกัน ในกรณีของการสั่นของความถี่ v ความยาวคลื่นในสุญญากาศจะเท่ากับ ในตัวกลางที่ความเร็วเฟสของคลื่นแสงมีความยาวคลื่นมีค่า ดังนั้น ความยาวคลื่นของแสงในตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงจึงสัมพันธ์กับความยาวคลื่นในสุญญากาศโดยความสัมพันธ์

ความถี่ของคลื่นแสงที่มองเห็นอยู่ภายในช่วง

ความถี่ของการเปลี่ยนแปลงในเวกเตอร์ของความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานที่คลื่นพาไปจะยิ่งมากขึ้น (เท่ากับ ) ดวงตาหรือตัวรับพลังงานแสงอื่นๆ ไม่สามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในการไหลของพลังงานได้ ซึ่งเป็นผลมาจากการบันทึกการไหลตามเวลาเฉลี่ย โมดูลัสของค่าเฉลี่ยเวลาของความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานที่ถูกถ่ายโอนโดยคลื่นแสงเรียกว่าความเข้มของแสงที่จุดที่กำหนดในอวกาศ

ความหนาแน่นฟลักซ์ของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดโดยพอยน์ติ้งเวกเตอร์ S ดังนั้น

การหาค่าเฉลี่ยจะดำเนินการในช่วงเวลา "การทำงาน" ของอุปกรณ์ ซึ่งตามที่ระบุไว้นั้นนานกว่าช่วงการสั่นของคลื่นมาก ความเข้มวัดได้ในหน่วยพลังงาน (เช่น W/m2) หรือในหน่วยแสงที่เรียกว่า “ลูเมนต่อตารางเมตร” (ดูมาตรา 114)

ตามสูตร (105.12) ขนาดของแอมพลิจูดของเวกเตอร์ E และ H ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์

(เราใส่) มันเป็นไปตามนั้น

โดยที่ดัชนีการหักเหของตัวกลางที่คลื่นแพร่กระจายอยู่ที่ไหน ดังนั้นตามสัดส่วน:

โมดูลัสของค่าเฉลี่ยของเวกเตอร์ Poynting เป็นสัดส่วน ดังนั้น เราสามารถเขียนสิ่งนั้นได้

(110.9)

(สัมประสิทธิ์สัดส่วนเท่ากับ ) ดังนั้นความเข้มของแสงจึงเป็นสัดส่วนกับดัชนีการหักเหของตัวกลางและค่ากำลังสองของแอมพลิจูดของคลื่นแสง

โปรดทราบว่าเมื่อพิจารณาการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน เราสามารถสรุปได้ว่าความเข้มนั้นเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูดของคลื่นแสง:

อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่แสงผ่านส่วนต่อระหว่างตัวกลาง การแสดงออกถึงความเข้มที่ไม่คำนึงถึงปัจจัย ส่งผลให้ไม่อนุรักษ์ฟลักซ์ส่องสว่าง

เส้นที่พลังงานแสงเดินทางเรียกว่ารังสี เวกเตอร์พอยน์ติ้งเฉลี่ย (S) มุ่งตรงไปที่แต่ละจุดที่สัมผัสกับรังสี ในสื่อไอโซโทรปิก ทิศทาง (S) เกิดขึ้นพร้อมกับเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวคลื่น กล่าวคือ กับทิศทางของเวกเตอร์คลื่น k ดังนั้น รังสีจึงตั้งฉากกับพื้นผิวคลื่น ในสื่อแบบแอนไอโซทรอปิก ปกติของพื้นผิวคลื่นจะไม่ตรงกับทิศทางของเวกเตอร์พอยน์ติง ดังนั้นรังสีจึงไม่ตั้งฉากกับพื้นผิวคลื่น

แม้ว่าคลื่นแสงจะเป็นแนวขวาง แต่ก็มักจะไม่แสดงความไม่สมดุลเมื่อเทียบกับลำแสง เนื่องจากแสงธรรมชาติ (เช่น แสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดทั่วไป) มีการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในทิศทางต่างๆ ตั้งฉากกับลำแสง (รูปที่ 111.1) การแผ่รังสีของวัตถุที่ส่องสว่างประกอบด้วยคลื่นที่ปล่อยออกมาจากอะตอมของมัน กระบวนการแผ่รังสีของแต่ละอะตอมจะดำเนินต่อไปประมาณ ในช่วงเวลานี้ลำดับของ humps และ depression (หรืออย่างที่พวกเขาพูดกันว่าเป็นขบวนคลื่น) ที่มีความยาวประมาณ 3 เมตรมีเวลาก่อตัว เมื่อ "ดับลง" อะตอมจะ "กะพริบ" อีกครั้งหลังจากนั้นครู่หนึ่ง

อะตอมหลายอะตอม "ลุกเป็นไฟ" ในเวลาเดียวกัน

คลื่นจะฝึกพวกมันให้ตื่นเต้นและซ้อนทับกัน ก่อให้เกิดคลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากร่างกาย ระนาบการสั่นของรถไฟแต่ละขบวนจะถูกวางแบบสุ่ม ดังนั้นในคลื่นที่เกิดขึ้น การแกว่งในทิศทางที่แตกต่างกันจึงมีความน่าจะเป็นเท่ากัน

ในแสงธรรมชาติ การสั่นสะเทือนในทิศทางต่างๆ จะเข้ามาแทนที่กันอย่างรวดเร็วและสุ่ม แสงที่มีการเรียงลำดับทิศทางของการสั่นในทางใดทางหนึ่งเรียกว่าแสงโพลาไรซ์ ถ้าเวกเตอร์แสงสั่นในระนาบเดียวที่ผ่านลำแสง แสงจะเรียกว่าโพลาไรซ์แบบระนาบ (หรือเชิงเส้น) ความเป็นระเบียบเรียบร้อยอาจเกิดจากการที่เวกเตอร์ E หมุนไปรอบๆ ลำแสง โดยมีขนาดเป็นจังหวะไปพร้อมๆ กัน เป็นผลให้จุดสิ้นสุดของเวกเตอร์ E อธิบายวงรี แสงดังกล่าวเรียกว่าโพลาไรซ์แบบวงรี ถ้าจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์ E บรรยายถึงวงกลม แสงจะเรียกว่าเป็นโพลาไรซ์แบบวงกลม

ในบทที่ XVII และ XVIII เราจะจัดการกับแสงธรรมชาติ ดังนั้นทิศทางการแกว่งของเวกเตอร์แสงจึงไม่เป็นที่สนใจของเราเป็นพิเศษ วิธีการผลิตและคุณสมบัติของแสงโพลาไรซ์จะกล่าวถึงในบทที่ สิบเก้า