Составители:
Рубрика:
23
Раздел 2. Распространение излучения в атмосфере
2.1. Электромагнитные волны
В основе современной оптики, включая и оптику атмосферы, лежат представления
об излучении как об электромагнитных волнах, так и о потоке фотонов. Электромагнитная
(э.м.) волна является поперечной и представляет собой распространяющуюся в вакууме со
скоростью света систему взаимоортогональных векторов напряженности электрического
E
r
и магнитного полей
H
r
. Эти векторы, в свою очередь ортогональны направлению
распространения волны
v
r
. Простейшим представлением э.м. волны является уравнение
плоской электромагнитной волны, то есть волны, напряженность электрического поля E
которой колеблется в одной плоскости, которое можно записать следующим образом
(выбрав ось X вдоль направления движения):
)
2
2(cos),(
0
δ
λ
π
νπ
+−= xtEtxE . (2.1.1)
Здесь x − пространственная координата, t − время, E
0
− амплитуда,
ν
− частота,
λ
− длина
волны,
δ
− некоторая фаза волны, задаваемая начальным условием
δ
cos)0,0(
0
EE = .
Зафиксировав в (2.1.1) координату x, мы получим гармонические колебания E с
временным периодом T = 1/
ν
. Зафиксировав в (2.1.1) время t, мы получим распределение
E вдоль оси x с пространственным периодом
λ
. Связь между этими периодами очевидна:
за один временной период волна пройдет один пространственный, то есть
λ
= vT, где v −
скорость распространения волны. Отсюда получаем связь длины волны с частотой
ν
λ
v
= . (2.1.2)
Для вакуума v = c, где c − скорость света в вакууме. В веществе скорость распространения
электромагнитных волн меньше c и дается соотношением v = c/n, где n − показатель
преломления вещества. Это приводит к соответствующему уменьшению длины волны
излучения в веществе. При переходе из вакуума в вещество меняется длина волны,
а не
частота электромагнитных волн.
Используя (2.1.2), запишем уравнение волны (2.1.1) в менее наглядном, но зато
удобном для дальнейшего анализа виде
)
2
2(cos),(
0
δ
ν
π
νπ
+−= x
c
n
tEtxE . (2.1.3)
Длины электромагнитных волн измеряются в единицах длины, в атмосферной
оптике это обычно микрометры (мкм), нанометры (нм), ангстремы (Å). Частоты волн
оптического диапазона очень велики, поэтому их используют редко. Часто спектральные
характеристики выражают в волновых числах − величинах, обратных длине волны.
Электромагнитное излучение, имеющее строго одну частоту
(длину волны),
называется монохроматическим. В зависимости от длины волны (частоты)
электромагнитные волны подразделяют на ряд диапазонов − см. табл. 2.1.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- …
- следующая ›
- последняя »
