RP Photonics Encyclopedia - длина волны, свет, волновое число, плоские волны, оптические длины волн, измерение

1. Длина волны и цвета
2. Оптические волны: вакуумная длина волны и длина волны в среде
3. Измерение оптических длин волн
4. Немонохроматический свет
5. Важность оптических длин волн
6. Особые типы длин волн

Самый простой вид волны монохроматический плоская волна , описываемый следующей комплексной амплитудой волны, являющейся функцией пространственного положения x и времени t :

с волновой вектор величина которого является волновое число к , и угловой частота ω. Волновое число определяет длину волны, определяемую как пространственный период волны (например, расстояние между последующими максимумами колебаний, см. Рисунок 1):

Рисунок 1: Плоская волна с длиной волны, показанной черной линейкой посередине.

(Обратите внимание, что в спектроскопия волновое число обычно считается обратной величиной длины волны, не учитывающей множитель 2 π.)

При распространении на одну длину волны в направлении x плоская волна приобретает фаза задержка 2 π.

Длина волны и частота связаны друг с другом: поскольку волна распространяется на одну длину волны в течение одного цикла колебаний, ее фазовая скорость с определяется как:

Для волновых пакетов есть другой вид скорости, называемый групповая скорость , которая может отклоняться от фазовой скорости, если есть хроматическая дисперсия зависимость фазовой скорости от частоты.

Обратите внимание, что для волн с другим пространственным распределением - например, для сильно сфокусированных лазерные лучи амплитуда, являющаяся функцией положения, в общем случае не является (или не совсем) периодической, и расстояние между последующими максимумами волны может несколько отклоняться от длины волны, которая всегда определяется для плоской волны. Смотрите также статью о Фазовый сдвиг что, по сути, является фазовым отклонением Гауссовы лучи против плоской волны для сравнения.

Длина волны и цвета

Монохроматический свет видно с определенным цветом в зависимости от его длины волны. К сожалению, экран компьютера не может производить монохроматический свет, а лишь приблизительно приближает визуальное впечатление для определенной длины волны. Это было сделано на рисунке 1, который будет выглядеть несколько иначе на разных экранах компьютеров.

Рисунок 2: Примерные цвета для разных длин волн. Расчет значений цвета RGB основан на предложении, найденном на http://www.efg2.com/Lab/ScienceAndEngineering/Spectra.htm ,

Оптические волны: вакуумная длина волны и длина волны в среде

Если монохроматический впоследствии оптическая волна распространяется через разные прозрачные среды, длина волны оптическая частота ν остается постоянным. Поэтому было бы наиболее естественно охарактеризовать такую ​​волну по ее оптической частоте. По историческим причинам, однако, более характерно характеризовать оптические волны (свет) с их длиной волны вакуума , то есть с длиной волны, которая будет иметь место для распространения через вакуум. Его значение близко к длине волны в воздухе, поскольку воздух, имеющий очень низкую плотность, оказывает влияние на скорость света только через неделю; его показатель преломления только очень немного выше 1.

Выходная длина волны квазимонохроматическое источник света (например, лазер ) всегда понимается как вакуумная длина волны. Длина волны в воздухе лишь немного меньше, поэтому это отклонение не подходит для большинства применений.

Для данной длины волны вакуума λ 0 длина волны в среде с показатель преломления n является λ 0 λ 0 / n . Как правило, показатель преломления зависит от оптическая частота или вакуумная длина волны (→ хроматическая дисперсия ).

Для видимого света длина волны вакуума составляет примерно от 400 до 700 нм; нет четко определенных границ видимой спектральной области, поскольку чувствительность человеческого глаза плавно зависит от длины волны и также различается у разных людей. Свет с большей длиной волны вакуума называется Инфракрасный свет в то время как свет с более короткими длинами волн ультрафиолетовый свет ,

Если некоторая физическая величина зависит от оптической частоты, ее очень часто называют зависимой от длины волны, а не зависящей от частоты, даже если пространственный аспект не играет роли в соответствующих явлениях.

Также часто указывается оптический пропускная способность (например, получить пропускную способность лазера получить средний ) с точки зрения ширины диапазона длин волн, а не диапазона частот. Для преобразования между длинами волн и частотными диапазонами необходимо иметь в виду, что ширина частотного интервала зависит не только от ширины соответствующего интервала длин волн, но и от средней длины волны: δ ν = ( c / λ 2) δ λ (при условии небольших интервалов).

Измерение оптических длин волн

Оптические длины волн могут быть измерены с Волномеры которые являются своего рода интерферометры , Косвенная оценка длины волны по измеренной оптической частоте и вакууму скорость света может быть гораздо более точным, поскольку оптические частоты могут быть измерены с чрезвычайно высокой точностью, и скорость света в вакууме в настоящее время (в системе СИ) является определенной величиной, то есть без какой-либо ошибки измерения.

Немонохроматический свет

Во многих случаях свет не является монохроматическим, а скорее обладает существенным оптическим пропускная способность , Тогда часто представляет интерес определить, как оптическая мощность распределяется по разным длинам волн или оптическим частотам. Это может быть достигнуто с оптический спектр анализаторы, в идеале поставляющие точно определенные спектральная плотность мощности (PSD) в зависимости от длины волны частоты. Единицами такого количества могут быть, например, Вт / нм или Вт / ТГц.

Важность оптических длин волн

Длина волны света актуальна для большого числа явлений. Некоторые примеры:

• Чем длиннее длина волны света, тем сильнее его тенденция к дифракция для расширения светового луча (например, лазерный луч ). Потому что оптическая длина волны так коротка, дифракционно-ограниченные лучи , как излучают многие лазеры , может выставлять довольно маленький расходимость луча распространяться на значительные расстояния без существенного увеличения площади пучка. Длины волн также актуальны в других дифракционных явлениях, например, при дифракционные решетки ,
• Длина волны является необходимой величиной для любого интерференция явления. Поскольку оптические длины волн довольно короткие, оптические интерферометры обычно требуется очень высокая механическая стабильность, поскольку даже изменение длины распространения на субмикрометре может существенно изменить условия помех.
• Много оптических нелинейностей может иметь существенные последствия, только если согласование фаз Достигнут. Условия фазового согласования содержат длины волн задействованных оптических лучей, а не только оптические частоты.

Во многих других случаях фактически несущественное количество оптическая частота что, конечно, связано с длиной волны. Например, резонансные эффекты в оптическая накачка лазерно-активных ионов вызывают сильные частотные зависимости. Сами длины волн, намного превышающие атомы или ионы, для них не имеют значения.

Особые типы длин волн

В оптике и фотоники Есть много разных терминов, включающих слово «длина волны». Некоторые примеры:

Смотрите также: оптическая частота , волновое число , фазовая скорость , показатель преломления , Волномеры
и другие статьи в категории общая оптика

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети:

Похожие