1. Характеристика оптического диапазона электромагнитных волн. Особенности видимого диапазона

Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитного поля в пространстве. Электромагнитная волна представляет собой процесс последовательного, взаимосвязанного изменения векторов напряжённости электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение электрического поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают изменения электрического поля.

Оптический диапазон - Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. ...

Оптический диапазон ЭВМ:

- рентгеновский (от 0,01 до 5 нм)

- ультрафиолетовый УФ ( от 5 нм до 380 нм)

- видимый ( от 380 нм до 780 нм)

- инфракрасный ИК ( от 780 нм до 1 мм)

Видимые цвета:

Фиолетовый 380 / 450

Синий 450 / 480

Голубой 480 / 510

Зеленый 510 / 550

Желто – зеленый 550 / 575

Желтый 575 / 585

Оранжевый 585 / 620

Красный 620 / 780

Длины волн видимого диапазона. Видимый диапазон включает электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Граница диапазона этих волн зависит от индивидуальных особенностей глаза и варьируется приблизительно в пределах

λ=0,38 / 0,76 мкм

Особенности видимого диапазона:

Диапазон видимого света — самый узкий во всем спектре. Длина волны в нем меняется менее чем в два раза. На видимый свет приходится максимум излучения в спектре Солнца. Наши глаза в ходе эволюции адаптировались к его свету и способны воспринимать излучение только в этом узком участке спектра. Почти все астрономические наблюдения до середины XX века велись в видимом свете. Основной источник видимого света в космосе — звезды, поверхность которых нагрета до нескольких тысяч градусов и потому испускает свет. На Земле применяются также нетепловые источники света, например, флюоресцентные лампы и полупроводниковые светодиоды.

Для сбора света от слабых космических источников используются зеркала и линзы. Приемниками видимого света служат сетчатка глаза, фотопленка, применяемые в цифровых фотоаппаратах полупроводниковые кристаллы (ПЗС-матрицы), фотоэлементы и фотоэлектронные умножители. Принцип действия приемников основан на том, что энергии кванта видимого света достаточно, чтобы спровоцировать химическую реакцию в специально подобранном веществе или выбить из вещества свободный электрон. Затем по концентрации продуктов реакции или по величине освободившегося заряда определяется количество поступившего света.

2. Представление плоской волны в комплексной форме. Принимая во внимание формулу Эйлера

(2.31)

представим (2.29) и аналогичное синусоидальное решение формулами(2.32)

Общее решение для плоской волны в комплексной форме можно записать в виде

(2.33)

где – в общем случае комплексная величина, называемаякомплексной амплитудой. Тогда учитывая, что

(2.34)

запишем (2.33) в виде

(2.35)

т.е. всегда есть возможность любую гармоническую волну представить в виде (2.35) с действительной амплитудой.

Плоская электромагнитная волна. Вернемся к электромагнитным волнам, являющимся решением уравнения (2.8) и (2.10). Для анализа структуры плоской ЭМВ воспользуемся записью уравнений Максвелла с помощью определения и свойств оператора Гамильтона (набла-оператора):

(2.36)

Тогда уравнения Максвелла (2.1) ¸ (2.6) примут вид: (2.37)¸ (2.40)

Решение этих уравнений ищем в виде:

(2.41)

(2.42)

где E₀ и B₀ – постоянные векторы, не зависящие от координат и времени (в общем случае компоненты этих векторов могут быть комплексными). Учитывая, что

(2.43)

и подставляя решения (2.41) и (2.42) в уравнения Максвелла (2.37) ¸ (2.40), получаем следующие важные соотношения, описывающие структуру плоской ЭМВ:(2.44)¸(2.47)

Из этих соотношений можно сделать следующие выводы:

1. Векторы Е и В плоской волны перпендикулярны вектору k, т.е. направлению распространения. Это означает, что плоская ЭМВ является поперечной. E, B и k составляют тройку взаимно перпендикулярных векторов. Поперечность световых колебаний была открыта в 1817 г. Юнгом (Joung Thomas, 1773–1829).

2. Из (2.45) можно получить соотношение между напряженностью электрического поля и магнитной индукцией плоской ЭМВ в вакууме:

E =cB . (2.48)