Lista równań optyki

Ten artykuł podsumowuje równania stosowane w optyce , w tym w optyce geometrycznej , optyce fizycznej , radiometrii , dyfrakcji i interferometrii .

Definicje

Optyka geometryczna (promienie świetlne)

Ogólne wielkości podstawowe

Ilość (nazwy zwyczajowe) (Wspólne) symbole Jednostki SI Wymiar
Odległość obiektu x, s, re, u, x 1 , s 1 , re 1 , u 1 M [L]
Odległość obrazu x', s', re', v, x 2 , s 2 , re 2 , v 2 M [L]
Wysokość obiektu y, godz, y 1 , godz 1 M [L]
Wysokość obrazu y', h', H, y 2 , godz 2 , H 2 M [L]
Kąt oparty na obiekcie θ, θ o , θ 1 rad bezwymiarowy
Kąt oparty na obrazie θ', θ ja , θ 2 rad bezwymiarowy
Promień krzywizny soczewki/lustra r, r M [L]
Długość ogniskowa F M [L]
Ilość (nazwy zwyczajowe) (Wspólne) symbole Definiowanie równania Jednostki SI Wymiar
Moc obiektywu P m -1 = D (dioptrii) [L] −1
Powiększenie boczne M bezwymiarowy bezwymiarowy
Powiększenie kątowe M bezwymiarowy bezwymiarowy

Optyka fizyczna (fale świetlne EM)

Istnieją różne formy wektora Poyntinga , najczęstsze dotyczą pól E i B lub E i H.

Ilość (nazwy zwyczajowe) (Wspólne) symbole Definiowanie równania Jednostki SI Wymiar
Wektor wskazujący S , N Wm -2 [M][T] −3
Strumień Poyntinga, przepływ mocy w polu EM Φ S , Φ N W [M][L] 2 [T] −3
RMS Pole elektryczne światła E rms NC -1 = Vm -1 [M][L][T] −3 [I] −1
Pęd promieniowania p, p EM , pr r J sm -1 [M][L][T] -1
Ciśnienie promieniowania P r , pr , P EM Wm -2 [M][T] −3

Radiometria

Wizualizacja strumienia przez pole różniczkowe i kąt bryłowy. Jak zawsze jednostką normalną do padającej powierzchni ZA, i mi wektor jednostkowy w kierunku strumienia padającego na element obszaru, θ jest kątem między nimi. Współczynnik strumień nie jest normalny do elementu powierzchniowego, więc pole normalne do strumienia jest zmniejszone.

W przypadku wielkości widmowych stosuje się dwie definicje odnoszące się do tej samej wielkości pod względem częstotliwości lub długości fali.

Ilość (nazwy zwyczajowe) (Wspólne) symbole Definiowanie równania Jednostki SI Wymiar
Energia promienista Q, mi, Q mi , mi mi J [M][L] 2 [T] −2
Promienista ekspozycja on e Jm -2 [M][T] −3
Gęstość energii promieniowania ω e J m -3 [M][L] −3
Strumień promieniowania , moc promieniowania Φ, Φ e W [M][L] 2 [T] −3
Intensywność promieniowania ja, ja e W sr −1 [M][L] 2 [T] −3
Blask , intensywność L, L e W sr −1 m −2 [M][T] −3
Natężenie promieniowania E, ja, e e , ja e Wm -2 [M][T] −3
Wyjście promieniowania , emitancja promieniowania M, ja e Wm -2 [M][T] −3
Radiosity J, J ν , Je, J Wm -2 [M][T] −3
Widmowy strumień promieniowania, widmowa moc promieniowania Φ λ , Φ ν , Φ , Φ


W m −1 ( Φ λ ) W Hz −1 = J ( Φ ν )

[M][L] -3 [T] -3 ( Φ λ ) [M][L] -2 [T] -2 ( Φ ν )
Widmowe natężenie promieniowania ja λ , ja ν , ja , ja


W sr -1 m -1 ( ja λ ) W sr -1 Hz -1 ( ja ν )

[M][L] -3 [T] -3 ( ja λ ) [M][L] 2 [T] -2 ( ja λ )
Widmowy blask L λ , L ν , L , L


W sr -1 m -3 ( L λ ) W sr -1 m -2 Hz -1 ( L ν )

[M][L] -1 [T] -3 ( L λ ) [M][L] -2 [T] -2 ( L λ )
Widmowe natężenie promieniowania mi λ , mi ν , mi , mi


W m -3 ( mi λ ) W m -2 Hz -1 ( mi ν )

[M][L] -1 [T] -3 ( mi λ ) [M][L] -2 [T] -2 ( mi λ )

równania

Luminalne fale elektromagnetyczne

Sytuacja fizyczna Nomenklatura równania
Gęstość energii w fali EM = średnia gęstość energii
Dla dielektryka:
Pędy kinetyczne i potencjalne (niestandardowe warunki użytkowania) Potencjalny pęd:

Pęd kinetyczny:

Pęd kanoniczny:

Natężenie promieniowania , natężenie światła

Na kulistej powierzchni:

Efekt Dopplera dla światła (relatywistyczny)

Promieniowanie Czerenkowa , kąt stożka
Amplitudy elektryczne i magnetyczne
  • E = pole elektryczne
  • H = siła pola magnetycznego
Dla dielektryka

Składowe fali EM Elektryczny

Magnetyczny

Optyka geometryczna

Sytuacja fizyczna Nomenklatura równania
Kąt krytyczny (optyka)
  • n 1 = współczynnik załamania ośrodka początkowego
  • n 2 = współczynnik załamania światła ośrodka końcowego
  • θ c = kąt krytyczny
Równanie cienkiej soczewki
  • f = ogniskowa obiektywu
  • x 1 = długość obiektu
  • x 2 = długość obrazu
  • r 1 = padający promień krzywizny
  • r 2 = załamany promień krzywizny


Ogniskowa obiektywu na podstawie współczynników załamania światła

obrazu w zwierciadle płaskim
Lustro sferyczne r = promień krzywizny lustra Równanie zwierciadła sferycznego

obrazu w zwierciadle sferycznym

Indeksy dolne 1 i 2 odnoszą się odpowiednio do początkowych i końcowych nośników optycznych.

Współczynniki te są czasami również używane, co wynika po prostu z innych definicji współczynnika załamania światła, prędkości fazowej fali i równania prędkości światła:

Gdzie:

Polaryzacja

Sytuacja fizyczna Nomenklatura równania
Kąt całkowitej polaryzacji θ B = Kąt polaryzacji odbiciowej, kąt Brewstera
natężenie od światła spolaryzowanego, prawo Malusa
  • 0 I = Intensywność początkowa,
  • I = transmitowana intensywność,
  • θ = Kąt polaryzacji między osiami transmisji polaryzatora a wektorem pola elektrycznego

Dyfrakcja i interferencja

Właściwość lub skutek Nomenklatura Równanie
Cienka warstwa w powietrzu
  • n 1 = współczynnik załamania ośrodka początkowego (przed interferencją filmu)
  • n 2 = współczynnik załamania końcowego ośrodka (po interferencji błony)
  • min:
  • Maks.:
Równanie siatki
  • a = szerokość otworu, szerokość szczeliny
  • α = kąt padania do normalnej płaszczyzny siatki
Kryterium Rayleigha
Prawo Bragga (dyfrakcja w ciele stałym)
  • d = odstęp między kratami
  • δ = różnica faz między dwiema falami
  • Dla konstruktywnej ingerencji:
  • Dla destrukcyjnej ingerencji:

gdzie

Intensywność dyfrakcji na pojedynczej szczelinie
  • 0 I = intensywność źródła
  • Faza fali przez szczeliny


N - dyfrakcja szczelinowa ( N ≥ 2)
  • d = odległość od środka do środka szczelin
  • N = liczba szczelin
  • Faza pomiędzy N falami wychodzącymi z każdej szczeliny


N (wszystkie N )
Intensywność apertury kołowej
Amplituda dla ogólnej płaskiej apertury Stosowane są współrzędne biegunowe kartezjańskie i sferyczne, płaszczyzna xy zawiera aperturę
  • A , amplituda w pozycji r
  • r' = punkt źródłowy w otworze
  • E inc , wielkość padającego pola elektrycznego przy aperturze
Bliskie pole (Fresnel)

Pole dalekie (Fraunhofer

Zasada Huygensa-Fresnela-Kirchhoffa
  • 0 r = pozycja od źródła do apertury, padająca na nią
  • r = pozycja od apertury dyfrakcji od niej do punktu
  • 0 α = kąt padania w stosunku do normalnej, od źródła do apertury
  • α = kąt dyfrakcji, od apertury do punktu
  • S = wyimaginowana powierzchnia ograniczona aperturą
  • = jednostkowy wektor normalny do apertury
Wzór dyfrakcyjny Kirchhoffa

Definicje astrofizyki

W astrofizyce L jest używane do określenia jasności (energia na jednostkę czasu, równoważna mocy ), a F do strumienia energii (energia na jednostkę czasu na jednostkę powierzchni, równoważna intensywności pod względem powierzchni, a nie kąta bryłowego). Nie są to nowe wielkości, po prostu inne nazwy.

Ilość (nazwy zwyczajowe) (Wspólne) symbole Definiowanie równania Jednostki SI Wymiar
Zbliżająca się odległość poprzeczna D M pc ( parsek ) [L]
Odległość jasności DL _ pc ( parsek ) [L]
Pozorna wielkość w paśmie j (części UV, widzialne i IR widma EM ) (bolometryczne) M bezwymiarowy bezwymiarowy
Absolutna wielkość

(Bolometryczny)

M bezwymiarowy bezwymiarowy
Moduł odległości μ bezwymiarowy bezwymiarowy
Indeksy kolorów (Brak standardowych symboli)

bezwymiarowy bezwymiarowy
Korekta bolometryczna Śruba C (brak standardowego symbolu) bezwymiarowy bezwymiarowy

Zobacz też

Źródła

  •   premiera Whelana; MJ Hodgeson (1978). Podstawowe zasady fizyki (wyd. 2). Johna Murraya. ISBN 0-7195-3382-1 .
  •   G. Woan (2010). Cambridge Handbook of Physics Formuły . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. ISBN 978-0-521-57507-2 .
  •   A. Halperna (1988). 3000 rozwiązanych problemów z fizyki, seria Schauma . Mc Graw Hill. ISBN 978-0-07-025734-4 .
  •   RG Lerner ; GL Trigg (2005). Encyklopedia fizyki (wyd. 2). Wydawcy VHC, Hans Warlimont, Springer. s. 12–13. ISBN 978-0-07-025734-4 .
  •   CB Parkera (1994). McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (wyd. 2). Wzgórze McGrawa. ISBN 0-07-051400-3 .
  •   PA Tipler; G. Mosca (2008). Fizyka dla naukowców i inżynierów: z nowoczesną fizyką (wyd. 6). WH Freeman and Co. ISBN 978-1-4292-0265-7 .
  •   LN Ręka; JD Finch (2008). Mechanika analityczna . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. ISBN 978-0-521-57572-0 .
  •   TB Arkill; CJ Millara (1974). Mechanika, wibracje i fale . Johna Murraya. ISBN 0-7195-2882-8 .
  •   Ból HJ (1983). Fizyka wibracji i fal (wyd. 3). John Wiley & Synowie. ISBN 0-471-90182-2 .
  •   JR Forshaw; AG Smith (2009). Dynamika i teoria względności . Wileya. ISBN 978-0-470-01460-8 .
  •   GAG Bennet (1974). Elektryczność i współczesna fizyka (wyd. 2). Edwarda Arnolda (Wielka Brytania). ISBN 0-7131-2459-8 .
  •   Grant IS; WR Phillips; Fizyka Manchesteru (2008). Elektromagnetyzm (wyd. 2). John Wiley & Synowie. ISBN 978-0-471-92712-9 .
  •   DJ Griffiths (2007). Wprowadzenie do elektrodynamiki (wyd. 3). Pearson Education, Dorling Kindersley. ISBN 978-81-7758-293-2 .

Dalsza lektura