Optyka liniowa

Podstawy fizyczne

1 opinia

Format:

epub, mobi, ibuk

DODAJ DO ABONAMENTU

WYBIERZ RODZAJ DOSTĘPU

74,25  99,00

Format: epub, mobi

 

Dostęp online przez myIBUK

WYBIERZ DŁUGOŚĆ DOSTĘPU

6,15

Wypożycz na 24h i opłać sms-em.
Brak wydruku.

74,2599,00

cena zawiera podatek VAT

ZAPŁAĆ SMS-EM ZAPŁAĆ SMS-EM

TA KSIĄŻKA JEST W ABONAMENCIE

Już od 19,90 zł miesięcznie za 5 ebooków!

WYBIERZ SWÓJ ABONAMENT

To pierwsza część kompleksowego opracowania na temat właściwości fali elektromagnetycznej, propagacji światła oraz oddziaływania fali świetlnej z ośrodkami. Koncentruje się na optyce liniowej, opisując zjawiska zachodzące w zakresie słabych natężeń światła, wykorzystując pojęcia z teorii sygnałów i układów liniowych.
Autor położył duży nacisk na graficzną interpretację zjawisk fizycznych, co znalazło odzwierciedlenie w dużej liczbie rysunków i wykresów wyjaśniających omawiane zagadnienia.
Książka może być traktowana jako podręcznik do przedmiotów związanych z optyką na kierunkach fizycznych, matematycznych oraz technicznych. Może stanowić także źródło wiedzy dla osób zawodowo zajmujących się tą dziedziną.


Liczba stron818
WydawcaWydawnictwo Naukowe PWN
ISBN-13978-83-01-21241-4
Numer wydania1
Język publikacjipolski
Informacja o sprzedawcyePWN sp. z o.o.

EBOOKI WYDAWCY

Ciekawe propozycje

Spis treści

  Przedmowa 15
  Wprowadzenie    19
  1. Prawa elektromagnetyzmu    29
    1.1. Równania Maxwella dla próżni     30
      1.1.1. Równania Maxwella w postaci całkowej    31
      1.1.2. Równania Maxwella w postaci różniczkowej    38
    1.2. Zasada zachowania ładunku elektrycznego     39
    1.3. Równania Maxwella w ośrodku materialnym    41
      1.3.1. Wpływ pól E i B na atomy ośrodka    43
      1.3.2. Równania Maxwella dla dielektryka .48
    1.4. Warunki graniczne (brzegowe)     49
      1.4.1. Granica dwóch dielektryków     52
      1.4.2. Granica dielektryk – przewodnik     52
      1.4.3. Wyprowadzenie warunków granicznych     53
    1.5. Gęstość energii pola EM i strumień energii fali EM     55
    1.6. Gęstość pędu i momentu pędu (krętu) pola EM    60
    1.7. Równanie falowe dla dielektryka     61
      1.7.1. Równanie falowe dla pola elektrycznego    61
      1.7.2. Równanie falowe dla pola magnetycznego    62
      1.7.3. Stała c w równaniu falowym     63
      1.7.4. Równanie falowe jako równanie liniowe    64
      1.7.5. Równanie falowe jako równanie relatywistyczne    65
      1.7.6. Równanie falowe dla fali monochromatycznej    68
    1.8. Podsumowanie    70
  Literatura do rozdziału 1    72
  2. Rozchodzenie się fali monochromatycznej w ośrodku    73
    2.1. Fala płaska monochromatyczna     74
    2.2. Fala elektromagnetyczna jako fala poprzeczna (TEM)    77
    2.3. Wektor Poyntinga i natężenie fali harmonicznej     82
      2.3.1. Natężenie biegnącej fali harmonicznej     82
      2.3.2. Postać zespolona wektora Poyntinga dla fali harmonicznej    86
    2.4. Wytwarzanie fali EM przez dipol Hertza    87
      2.4.1. Model dipola Hertza     88
      2.4.2. Rozkłady pola E i H. Pole bliskie i pole dalekie    92
    2.5. Fala płaska w ośrodku stratnym (absorbującym)     96
    2.6. Fala płaska w ośrodku przewodzącym    101
      2.6.1. Przewodność zespolona    101
      2.6.2. Czas relaksacji dielektrycznej w przewodniku    103
      2.6.3. Równanie falowe dla ośrodka przewodzącego    104
      2.6.4. Fala elektromagnetyczna w metalu, efekt naskórkowy    106
    2.7. Odbicie i transmisja fali EM przy padaniu normalnym na granicę ośrodków    112
      2.7.1. Współczynniki odbicia i transmisji pól E i H    112
      2.7.2. Warunki brzegowe – wyznaczanie współczynników odbicia i transmisji .     114
      2.7.3. Fale częściowo stojące składowych E i H     120
    2.8. Rozpraszanie światła     125
      2.8.1. Rodzaje rozpraszania światła    125
      2.8.2. Współczynnik tłumienia i przekrój czynny na rozpraszanie    130
      2.8.3. Rozkład kątowy i polaryzacja światła w rozpraszaniu Rayleigha    132
      2.8.4. Rozpraszanie Rayleigha i polaryzacja nieba    136
      2.8.5. Rozpraszanie koherentne i niekoherentne. Zasięgwidzialności. Kolor nieba    139
      2.8.6. Rozpraszanie Miego, barwa chmur    145
    2.9. Podsumowanie właściwości fali płaskiej harmonicznej    148
  Literatura do rozdziału 2    150
  3. Dyspersja ośrodka liniowego. Zależności dyspersyjne    152
    3.1. Dyspersja i lokalność czasowa odpowiedzi ośrodka    152
    3.2. Układy liniowe stacjonarne i zasada przyczynowości    156
    3.3. Zasada przyczynowości i transformata Hilberta     159
    3.4. Optyczne związki dyspersyjne Kramersa-Kroniga    161
      3.4.1. Związki Kramersa-Kroniga dla stałych optycznych    161
      3.4.2. Relacje Kramersa-Kroniga dla reflektancji i przesunięcia fazowego    164
      3.4.3. Reguły sum    169
      3.4.4. Związki Kramersa-Kroniga w optyce nieliniowej    170
    3.5. Przykład zastosowania związków dyspersyjnych – szkło kwarcowe    172
      3.5.1. Właściwości optyczne szkła krzemionkowego    176
      3.5.2. Model funkcji widma absorpcyjnego     177
  Literatura do rozdziału 3    181
  4. Klasyczna teoria dyspersji – model Drudego-Lorentza    182
    4.1. Rodzaje polaryzacji    183
    4.2. Funkcja stałej dielektrycznej ośrodka    188
      4.2.1. Ogólna postać przebiegu przenikalności elektrycznej    188
      4.2.2. Zależność er(w) dla polaryzacja dipolowej    189
      4.2.3. Widmo refrakcyjne i absorpcyjne wody    190
    4.3. Model oscylatora atomowego    194
      4.3.1. Atom jako oscylator harmoniczny tłumiony    194
      4.3.2. Radiacyjna stała tłumienia w modelu atomu-oscylatora    197
      4.3.3. Podatność i przenikalność elektryczna w modelu oscylatorowym     198
      4.3.4. Zespolony współczynnik załamania i przebieg funkcji dyspersyjnych    204
      4.3.5. Model Lorentza wielu oscylatorów    209
    4.4. Analityczne wzory dyspersyjne dla współczynnika załamania     213
    4.5. Klasyczny model gazu elektronowego w metalu    215
      4.5.1. Zależności Drudego    217
      4.5.2. Zespolona przewodność właściwa metalu    218
      4.5.3. Właściwości optyczne metali – widma stałych optycznych    219
      4.5.4. Zależności dyspersyjne k(ω) plazmy elektronowej – plazmony    222
      4.5.5. Reflektancja metali i krawędź plazmowa     229
      4.5.6. Model Drudego-Lorentza     231
    4.6. Praca zmiennego pola elektrycznego w modelu oscylatorów    233
  Literatura do rozdziału 4    237
  5. Część I Prędkości światła    238
    5.1. Współczynnik załamania – dlaczego prędkość fazowa różni się od c    238
      5.1.1. Szczególna Teoria Względności a prędkość światła    239
      5.1.2. Fala świetlna w ośrodku jako superpozycja fali pierwotnej i fal wtórnych    240
      5.1.3. Fale wtórne i współczynnik załamania w modelu oscylatorowym    244
    5.2. Prędkości fali świetlnej w ośrodku     249
      5.2.1. Fala monochromatyczna – prędkość fazowa    250
      5.2.2. Paczka falowa – prędkość grupowa    251
      5.2.3. Prędkość fali dla wiązek o ograniczonym przekroju poprzecznym    258
    5.3. Propagacja impulsu świetlnego w ośrodku    265
      5.3.1. Impuls optyczny jako superpozycja fal harmonicznych    265
      5.3.2. Symulacja numeryczna propagacji impulsu w ośrodku dyspersyjnym    268
      5.3.3. Zasada nieoznaczoności dla impulsu    271
      5.3.4. Prędkość grupowa impulsu i parametry dyspersji    281
    5.4. Manipulacje prędkością grupową impulsów świetlnych     286
      5.4.1. „Szybkie” światło – interpretacja fizyczna    288
      5.4.2. Propagacja impulsu w ośrodku w pobliżu rezonansu    292
      5.4.3. Eksperymentalna obserwacja „wolnego” i „szybkiego” światła    298
  Część II Impulsy optyczne w światłowodach     307
    5.5. Dyspersja impulsów optycznych w światłowodach    307
      5.5.1. Dyspersja chromatyczna – poszerzenie impulsów    307
      5.5.2. Charakterystyki transmisyjne światłowodów     312
      5.5.3. Propagacja impulsu gaussowskiego     329
      5.5.4. Impuls gaussowski i świergot częstotliwości    332
    5.6. Równanie falowe propagacji obwiedni impulsu    337
      5.6.1. Postać równania falowego    337
      5.6.2. Nieliniowe równanie Schrödingera (NLSE)    339
      5.6.3. Szczególne rozwiązania równania NLSE – soliton optyczny    341
    5.7. Rzut oka na zjawiska nieliniowe w światłowodach    345
      5.7.1. Samomodulacja fazy (SPM)    348
      5.7.2. Skrośna modulacja fazy (XPM)    349
      5.7.3. Mieszanie czterofalowe (FWM)    350
      5.7.4. Wymuszone rozpraszanie Ramana (SRS)    351
      5.7.5. Wymuszone rozpraszanie Brillouina (SBS)    352
  Literatura do rozdziału 5 – część I     353
  Literatura do rozdziału 5 – część II    354
  6. Fala świetlna jako nośnik energii, masy, pędu i krętu    355
    6.1. Gęstość strumienia energii fali EM     356
      6.1.1. Wektor Poyntinga, prędkość przekazu energii, natężenie światła    356
      6.1.2. Energia wiązki świetlnej – model fotonowy    358
    6.2. Masa promieniowania EM    362
    6.3. Pęd i ciśnienie fali elektromagnetycznej     368
      6.3.1. Fala EM padająca na powierzchnię absorbera i przewodnika    369
      6.3.2. Ciśnienie światła – fotony    373
      6.3.3. Pęd fali świetlnej    375
      6.3.4. Efekty ciśnienia światła     375
    6.4. Moment pędu (kręt) promieniowania EM    402
      6.4.1. Polaryzacja fali świetlnej    402
      6.4.2. Dwa rodzaje momentu pędu fali EM    412
      6.4.3. Spinowy moment pędu    416
      6.4.4. Orbitalny moment pędu     418
      6.4.5. Składowa spinowa i orbitalna momentu pędu    420
    6.5. Wiązki z wirem optycznym     421
      6.5.1. Wiązka Laguerre’a-Gaussa jako wiązka z wirem optycznym    421
      6.5.2. Generowanie wiązek z wirem optycznym     423
  Literatura do rozdziału 6     433
  7. Propagacja wiązki światła w wolnej przestrzeni. Formuły dyfrakcyjne    435
    7.1. Zespolone rozkłady pola optycznego wiązki436
    7.2. Równanie falowe Helmholtza i przybliżenie skalarne    437
    7.3. Fala płaska, sferyczna i cylindryczna    439
      7.3.1. Rozwiązanie równania falowego w postaci fali płaskiej    439
      7.3.2. Rozwiązanie równania falowego w postaci fali sferycznej    441
      7.3.3. Rozwiązanie równania falowego w postaci fali cylindrycznej    442
    7.4. Równanie falowe w przybliżeniu przyosiowym    444
    7.5. Formuła Rayleigha-Sommerfelda     447
      7.5.1. Teoria dyfrakcji Kirchhoffa. Wzór Fresnela-Kirchhoffa    449
      7.5.2. Wzór dyfrakcyjny w przybliżeniu Fresnela    455
    7.6. Rozwiązanie równania falowego jako superpozycja fal elementarnych    457
  Literatura do rozdziału 7     458
  8. Transformata Fouriera Ogólne rozwiązanie liniowego równania falowego    459
    8.1. Transformata Fouriera jako superpozycja funkcji bazowych    460
    8.2. Transformata funkcji prostokątnej i funkcji Gaussa    463
    8.3. Obliczanie transformaty Fouriera numerycznie z definicji    465
    8.4. Dwuwymiarowa transformata Fouriera     469
    8.5. Interpretacja fizyczna transformaty Fouriera    470
    8.6. Podstawowe właściwości transformaty Fouriera    474
    8.7. Transformaty wybranych funkcji dwuwymiarowych    477
    8.8. Numeryczne algorytmy obliczania transformaty     482
      8.8.1. Dyskretna transformata Fouriera (DFT)    482
      8.8.2. Szybka transformata Fouriera (FFT)    487
      8.8.3. Obliczanie transformaty FFT w programie Matlab    489
    8.9. Rozwiązanie równania falowego z użyciem transformaty Fouriera    492
      8.9.1. Rozwiązanie równania Helmholtza dla ośrodka jednorodnego    492
      8.9.2. Rozwiązanie równania falowego w przybliżeniu przyosiowym    495
  Literatura do rozdziału 8    497
  9. Przestrzeń swobodna jako układ liniowy dla sygnałów optycznych dwuwymiarowych     498
    9.1. Przestrzeń swobodna jako układ liniowy     499
    9.2. Funkcja odpowiedzi impulsowej przestrzeni i zasada Huygensa- Fresnela    501
    9.3. Widmo kątowe fal płaskich i optyczna funkcja przenoszenia przestrzeni    504
      9.3.1. Częstości przestrzenne fali płaskiej    504
      9.3.2. Fale płaskie jednorodne i niejednorodne    507
      9.3.3. Funkcja przenoszenia przestrzeni swobodnej    511
      9.3.4. Widmo kątowe fal płaskich i transformata Fouriera    514
      9.3.5. Znajdowanie rozkładu pola świetlnego za pomocą widma przestrzennego    517
      9.3.6. Funkcja przenoszenia i odpowiedź impulsowa dla formuł Rayleigha-Sommerfelda oraz Fresnela    518
  Literatura do rozdziału 9    520
  10. Rozkłady dyfrakcyjne w strefach Fresnela i Fraunhofera    521
    10.1. Wzór dyfrakcyjny Fresnela – pole bliskie i dalekie    525
    10.2. Obszar Fresnela (pole bliskie)    528
    10.3. Obszar Fraunhofera (pole dalekie)    529
    10.4. Rozkład fourierowski w płaszczyźnie ogniskowej soczewki    531
    10.5. Modelowanie propagacji światła z wykorzystaniem wzoru Fresnela .    534
    10.6. Obrazy dyfrakcyjne dla szczeliny i rozkładu gaussowskiego 1D    535
      10.6.1. Rozkłady dyfrakcyjne w polu dalekim jako transformaty Fouriera    535
      10.6.2. Dyfrakcja na szczelinie – geometryczna metoda wskazów    537
      10.6.3. Całka dyfrakcyjna Fresnela jako operacja splotu E0*hd    541
      10.6.4. Całka dyfrakcyjna jako transformata Fouriera z iloczynu E0⋅P0    542
      10.6.5. Całka dyfrakcyjna jako odwrotna transformata Fouriera z FT(E0)⋅H    543
    10.7. Dyfrakcja Fresnela na szczelinie i prostej krawędzi – podejście analityczne    545
    10.8. Dyfrakcja na aperturach dwuwymiarowych     553
      10.8.1. Dyfrakcja na otworze prostokątnym     553
      10.8.2. Dyfrakcja na otworze kołowym    557
    10.9. Dyfrakcja światła na siatce transmisyjnej    566
      10.9.1. Konstrukcja i rodzaje siatek dyfrakcyjnych    567
      10.9.2. Dyfrakcja Fraunhofera na siatce transmisyjnej    572
      10.9.3. Siatka transmisyjna amplitudowa    575
      10.9.4. Siatka fazowa    584
      10.9.5. Efektywność dyfrakcyjna siatki     587
      10.9.6. Parametry spektralne siatki dyfrakcyjnej    593
    10.10. Przesłony komplementarne    596
      10.10.1. Zasada Babineta    596
      10.10.2. Przeszkody w postaci szczeliny i paska – dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera     598
    10.11. Podsumowanie – zestawienie formuł dyfrakcyjnych    605
  Literatura do rozdziału 10     611
  11. Wiązki gaussowskie    612
    11.1. Fala paraboidalna jako rozwiązanie przyosiowego równania falowego    613
    11.2. Wiązka gaussowska    614
      11.2.1. Właściwości wiązki gaussowskiej    616
      11.2.2. Wyznaczanie parametrów wiązki gaussowskiej     625
    11.3. Wiązki gaussowskie wyższego rzędu .     626
      11.3.1. Mody Hermite’a-Gaussa    628
      11.3.2. Mody Laguerre’a-Gaussa    633
    11.4. Wiązka świetlna powstająca w rezonatorze lasera     638
    11.5. Definicje średnicy przekroju wiązki świetlnej     648
    11.6. Rzeczywiste wiązki laserowe. Parametr M kwadrat (M2)    650
  Literatura do rozdziału 11    654
  12. Transformacja wiązki gaussowskiej w układzie soczewkowym    656
    12.1. Równanie soczewki cienkiej dla wiązki gaussowskiej    657
    12.2. Ogniskowanie wiązki gaussowskiej     662
    12.3. Równanie soczewki dla parametru zespolonego wiązki gaussowskiej    666
    12.4. Zasada ABCD dla wiązki gaussowskiej    668
    12.5. Kolimowanie wiązki gaussowskiej     671
      12.5.1. Układ jednosoczewkowy     671
      12.5.2. Układ dwusoczewkowy    674
      12.5.3. Układ kolimatora z oczyszczaniem wiązki    680
    12.6. Zestawienie najważniejszych wzorów    682
  Literatura do rozdziału 12    684
  13. Wiązki bezdyfrakcyjne    685
    13.1. Rodzaje i właściwości wiązek bezdyfrakcyjnych    686
    13.2. Wiązka Bessela    696
      13.2.1. Równanie wiązki Bessela    696
      13.2.2. Sposoby wytwarzania wiązki Bessela    699
      13.2.3. Prędkość fazowa i grupowa wiązki Bessela    704
    13.3. Wiązka Airy’ego    706
      13.3.1. Funkcja Airy’ego    707
      13.3.2. Matematyczna wiązka Airy’ego    710
      13.3.3. Tłumiona wiązka Airy’ego    713
      13.3.4. Dwuwymiarowa wiązka Airy’ego     716
      13.3.5. Wytwarzanie wiązki Airy’ego     717
  Literatura do rozdziału 13    719
  14. Fala świetlna w krysztale anizotropowym    721
    14.1. Kryształy anizotropowe – tensor podatności elektrycznej    722
    14.2. Rodzaje kryształów anizotropowych     724
    14.3. Propagacja fali płaskiej w krysztale anizotropowym    727
      14.3.1. Równania Fresnela    727
      14.3.2. Powierzchnia wektorów falowych733
      14.3.3. Powierzchnia falowa    740
      14.3.4. Indykatrysa optyczna – elipsoida współczynników załamania    744
      14.3.5. Podwójne załamanie światła na powierzchni kryształu anizotropowego    748
      14.3.6. Konstrukcje geometryczne określania kierunków wektorów falowych i promieni    754
      14.3.7. Numeryczne wyznaczanie parametrów fal o i e przy podwójnym załamaniu     756
  Literatura do rozdziału 14    758
  DODATEK A Podstawowe pojęcia z analizy wektorowej    760
  DODATEK B Pole promieniowania przyspieszanego ładunku punktowego    780
  DODATEK C Wyprowadzenie relacji Kramersa-Kroniga z twierdzenia Cauchy’ego    786
  DODATEK D Układy liniowe    790
  DODATEK E Delta Diraca i uogólnione transformaty Fouriera    799
  DODATEK F Właściwości przekształcenia Fouriera i wybrane transformaty    808
  DODATEK G Szeregi trygonometryczne funkcji prostokątnej    810
  DODATEK H Wyprowadzenie wzoru dla wiązki Hermite’a-Gaussa    815
RozwińZwiń
W celu zapewnienia wysokiej jakości świadczonych przez nas usług, nasz portal internetowy wykorzystuje informacje przechowywane w przeglądarce internetowej w formie tzw. „cookies”. Poruszając się po naszej stronie internetowej wyrażasz zgodę na wykorzystywanie przez nas „cookies”. Informacje o przechowywaniu „cookies”, warunkach ich przechowywania i uzyskiwania dostępu do nich znajdują się w Regulaminie.

Nie pokazuj więcej tego powiadomienia