double arrow

Спектр электромагнитных волн

Таблица 1. Единицы измерения энергии и частоты в оптике

Единица измерений Дж эрг °К эВ Гц см-1
Дж   107 7,24·1022 6,24·1018 1,51·1033 5·1022
эрг 10-7   7,24·1015 6,24·1011 1,51·1026 5·1015
°К 1,38·10-23 1,38·10-16   8,62·10-5 2,08·1010 0,7
эВ 1,6·10-19 1,6·10-12 1,16·104   2,42·1014 8,1·103
Гц 6,626·10-34 6,626·10-27 4,8·10-11 4,15·10-15   3,3·10-11
см-1 2·10-23 2·10-16 1,44 1,24·10-4 3·1010  

В соответствии с классическими представлениями свет – это распространяющаяся в пространстве электромагнитная волна, подчиняющаяся уравнениям Максвелла. Физически электромагнитная волна состоит из двух взаимно связанных векторных волн: электрической и магнитной .

Из уравнений Максвелла для свободного пространства легко получить дифференциальное уравнение в частных производных для электрического поля световой волны , которое получило название волнового уравнения:

(1.2)
где - оператор Лапласа, - скорость света в вакууме, и - электрическая и магнитная постоянные вакуума соответственно (, ).

Простейшим и важнейшим решением уравнения (1.2) является плоская линейно поляризованная монохроматическая электромагнитная волна. Направим ось z вдоль направления распространения плоской монохроматической световой волны, а направление x - вдоль направления электрического поля. Тогда выражение для амплитуды электрического поля имеет следующий вид.

Плоская волна – в вакууме решением волнового уравнения является функция вида:

В случае плоских монохроматических электромагнитных волн тройка векторов , и взаимно ортогональна.

В плоской монохроматической световой волне интенсивность связана с амплитудой электрического поля следующим выражением:

. (1.2)

Поскольку действительная амплитуда электрического поля зависит не только от интенсивности световой волны, но и от поляризации, удобно ввести новое понятие – амплитуду световой волны

. (1.3)

Комплексная амплитуда и вектор электрического поля плоской монохроматической волны связаны с амплитудой поля следующими выражениями:

. (1.4а)

. (1.4б)

По современным представлениям классической физики свет представляет собой электромагнитные волны определенного диапазона длин волн или частот, называемого оптическим. Границы оптического диапазона определяются условно примерно от долей миллиметра до десятков нанометров (границы этого диапазона по частоте: от десятков ТГц до десятков тысяч ТГц или десятков ПГц).Видимый свет – это узкая спектральная область на шкале электро-магнитных волн.

На рис.1 приведен спектр электромагнитных волн.

Световые волны отличаются от радиоволн в принципе только одним – частотой (в оптике вместо частоты n чаще используется длина волны l=с/n, с – скорость света в вакууме).

Однако по своим физическим свойствам и характеру распространения в пространстве световые и радиоволны существенно различаются, из чего вытекают технологические отличия лазеров от их аналогов в радиодиапазоне - мазеров.

Рис.1.1 Спектр электромагнитных волн


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: