Optyka liniowa Marek Wichtowski

Spis treści książki

• Okładka
• Strona tytułowa
• Strona redakcyjna
• Spis treści
• Przedmowa
• Wprowadzenie
• 1. Prawa elektromagnetyzmu
  • 1.1. Równania Maxwella dla próżni
    • 1.1.1. Równania Maxwella w postaci całkowej
    • 1.1.2. Równania Maxwella w postaci różniczkowej
  • 1.2. Zasada zachowania ładunku elektrycznego
  • 1.3. Równania Maxwella w ośrodku materialnym
    • 1.3.1. Wpływ pól E i B na atomy ośrodka
    • 1.3.2. Równania Maxwella dla dielektryka
  • 1.4. Warunki graniczne (brzegowe)
    • 1.4.1. Granica dwóch dielektryków
    • 1.4.2. Granica dielektryk przewodnik
    • 1.4.3. Wyprowadzenie warunków granicznych
  • 1.5. Gęstość energii pola EM i strumień energii fali EM
  • 1.6. Gęstość pędu i momentu pędu (krętu) pola EM
  • 1.7. Równanie falowe dla dielektryka
    • 1.7.1. Równanie falowe dla pola elektrycznego
    • 1.7.2. Równanie falowe dla pola magnetycznego
    • 1.7.3. Stała c w równaniu falowym
    • 1.7.4. Równanie falowe jako równanie liniowe
    • 1.7.5. Równanie falowe jako równanie relatywistyczne
    • 1.7.6. Równanie falowe dla fali monochromatycznej
  • 1.8. Podsumowanie
  • Literatura do rozdziału 1
• 2. Rozchodzenie się fali monochromatycznej w ośrodku
  • 2.1. Fala płaska monochromatyczna
  • 2.2. Fala elektromagnetyczna jako fala poprzeczna (TEM)
  • 2.3. Wektor Poyntinga i natężenie fali harmonicznej
    • 2.3.1. Natężenie biegnącej fali harmonicznej
    • 2.3.2. Postać zespolona wektora Poyntinga dla fali harmonicznej
  • 2.4. Wytwarzanie fali EM przez dipol Hertza
    • 2.4.1. Model dipola Hertza
    • 2.4.2. Rozkłady pola E i H. Pole bliskie i pole dalekie
  • 2.5. Fala płaska w ośrodku stratnym (absorbującym)
  • 2.6. Fala płaska w ośrodku przewodzącym
    • 2.6.1. Przewodność zespolona
    • 2.6.2. Czas relaksacji dielektrycznej w przewodniku
    • 2.6.3. Równanie falowe dla ośrodka przewodzącego
    • 2.6.4. Fala elektromagnetyczna w metalu, efekt naskórkowy
  • 2.7. Odbicie i transmisja fali EM przy padaniu normalnym na granicę ośrodków
    • 2.7.1. Współczynniki odbicia i transmisji pól E i H
    • 2.7.2. Warunki brzegowe wyznaczanie współczynników odbicia i transmisji
    • 2.7.3. Fale częściowo stojące składowych E i H
  • 2.8. Rozpraszanie światła
    • 2.8.1. Rodzaje rozpraszania światła
    • 2.8.2. Współczynnik tłumienia i przekrój czynny na rozpraszanie
    • 2.8.3. Rozkład kątowy i polaryzacja światła w rozpraszaniu Rayleigha
    • 2.8.4. Rozpraszanie Rayleigha i polaryzacja nieba
    • 2.8.5. Rozpraszanie koherentne i niekoherentne. Zasięg widzialności. Kolor nieba
    • 2.8.6. Rozpraszanie Miego, barwa chmur
  • 2.9. Podsumowanie właściwości fali płaskiej harmonicznej
  • Literatura do rozdziału 2
• 3. Dyspersja ośrodka liniowego. Zależności dyspersyjne
  • 3.1. Dyspersja i lokalność czasowa odpowiedzi ośrodka
  • 3.2. Układy liniowe stacjonarne i zasada przyczynowości
  • 3.3. Zasada przyczynowości i transformata Hilberta
  • 3.4. Optyczne związki dyspersyjne Kramersa-Kroniga
    • 3.4.1. Związki Kramersa-Kroniga dla stałych optycznych
    • 3.4.2. Relacje Kramersa-Kroniga dla reflektancji i przesunięcia fazowego
    • 3.4.3. Reguły sum
    • 3.4.4. Związki Kramersa-Kroniga w optyce nieliniowej
  • 3.5. Przykład zastosowania związków dyspersyjnych szkło kwarcowe
    • 3.5.1. Właściwości optyczne szkła krzemionkowego
    • 3.5.2. Model funkcji widma absorpcyjnego
  • Literatura do rozdziału 3
• 4. Klasyczna teoria dyspersji model Drudego-Lorentza
  • 4.1. Rodzaje polaryzacji
  • 4.2. Funkcja stałej dielektrycznej ośrodka
    • 4.2.1. Ogólna postać przebiegu przenikalności elektrycznej
    • 4.2.2. Zależność r() dla polaryzacja dipolowej
    • 4.2.3. Widmo refrakcyjne i absorpcyjne wody
  • 4.3. Model oscylatora atomowego
    • 4.3.1. Atom jako oscylator harmoniczny tłumiony
    • 4.3.2. Radiacyjna stała tłumienia w modelu atomu-oscylatora
    • 4.3.3. Podatność i przenikalność elektryczna w modelu oscylatorowym
    • 4.3.4. Zespolony współczynnik załamania i przebieg funkcji dyspersyjnych
    • 4.3.5. Model Lorentza wielu oscylatorów
  • 4.4. Analityczne wzory dyspersyjne dla współczynnika załamania
  • 4.5. Klasyczny model gazu elektronowego w metalu
    • 4.5.1. Zależności Drudego
    • 4.5.2. Zespolona przewodność właściwa metalu
    • 4.5.3. Właściwości optyczne metali widma stałych optycznych
    • 4.5.4. Zależności dyspersyjne k() plazmy elektronowej ­ plazmony
    • 4.5.5. Reflektancja metali i krawędź plazmowa
    • 4.5.6. Model Drudego-Lorentza
  • 4.6. Praca zmiennego pola elektrycznego w modelu oscylatorów
  • Literatura do rozdziału 4
• 5. Część I. Prędkości światła
  • 5.1. Współczynnik załamania dlaczego prędkość fazowa różni się od c
    • 5.1.1. Szczególna Teoria Względności a prędkość światła
    • 5.1.2. Fala świetlna w ośrodku jako superpozycja fali pierwotnej i fal wtórnych
    • 5.1.3. Fale wtórne i współczynnik załamania w modelu oscylatorowym
  • 5.2. Prędkości fali świetlnej w ośrodku
    • 5.2.1. Fala monochromatyczna prędkość fazowa
    • 5.2.2. Paczka falowa prędkość grupowa
    • 5.2.3. Prędkość fali dla wiązek o ograniczonym przekroju poprzecznym
  • 5.3. Propagacja impulsu świetlnego w ośrodku
    • 5.3.1. Impuls optyczny jako superpozycja fal harmonicznych
    • 5.3.2. Symulacja numeryczna propagacji impulsu w ośrodku dyspersyjnym
    • 5.3.3. Zasada nieoznaczoności dla impulsu
    • 5.3.4. Prędkość grupowa impulsu i parametry dyspersji
  • 5.4. Manipulacje prędkością grupową impulsów świetlnych
    • 5.4.1. Szybkie światło interpretacja fizyczna
    • 5.4.2. Propagacja impulsu w ośrodku w pobliżu rezonansu
    • 5.4.3. Eksperymentalna obserwacja wolnego i szybkiego światła
• 5. Część II. Impulsy optyczne w światłowodach
  • 5.5. Dyspersja impulsów optycznych w światłowodach
    • 5.5.1. Dyspersja chromatyczna poszerzenie impulsów
    • 5.5.2. Charakterystyki transmisyjne światłowodów
    • 5.5.3. Propagacja impulsu gaussowskiego
    • 5.5.4. Impuls gaussowski i świergot częstotliwości
  • 5.6. Równanie falowe propagacji obwiedni impulsu
    • 5.6.1. Postać równania falowego
    • 5.6.2. Nieliniowe równanie Schrödingera (NLSE)
    • 5.6.3. Szczególne rozwiązania równania NLSE soliton optyczny
  • 5.7. Rzut oka na zjawiska nieliniowe w światłowodach
    • 5.7.1. Samomodulacja fazy (SPM)
    • 5.7.2. Skrośna modulacja fazy (XPM)
    • 5.7.3. Mieszanie czterofalowe (FWM)
    • 5.7.4. Wymuszone rozpraszanie Ramana (SRS)
    • 5.7.5. Wymuszone rozpraszanie Brillouina (SBS)
  • Literatura do rozdziału 5 część I
  • Literatura do rozdziału 5 część II
• 6. Fala świetlna jako nośnik energii, masy, pędu i krętu
  • 6.1. Gęstość strumienia energii fali EM
    • 6.1.1. Wektor Poyntinga, prędkość przekazu energii, natężenie światła
    • 6.1.2. Energia wiązki świetlnej model fotonowy
  • 6.2. Masa promieniowania EM
  • 6.3. Pęd i ciśnienie fali elektromagnetycznej
    • 6.3.1. Fala EM padająca na powierzchnię absorbera i przewodnika
    • 6.3.2. Ciśnienie światła fotony
    • 6.3.3. Pęd fali świetlnej
    • 6.3.4. Efekty ciśnienia światła
  • 6.4. Moment pędu (kręt) promieniowania EM
    • 6.4.1. Polaryzacja fali świetlnej
    • 6.4.2. Dwa rodzaje momentu pędu fali EM
    • 6.4.3. Spinowy moment pędu
    • 6.4.4. Orbitalny moment pędu
    • 6.4.5. Składowa spinowa i orbitalna momentu pędu
  • 6.5. Wiązki z wirem optycznym
    • 6.5.1. Wiązka Laguerrea-Gaussa jako wiązka z wirem optycznym
    • 6.5.2. Generowanie wiązek z wirem optycznym
  • Literatura do rozdziału 6
• 7. Propagacja wiązki światła w wolnej przestrzeni. Formuły dyfrakcyjne
  • 7.1. Zespolone rozkłady pola optycznego wiązki
  • 7.2. Równanie falowe Helmholtza i przybliżenie skalarne
  • 7.3. Fala płaska, sferyczna i cylindryczna
    • 7.3.1. Rozwiązanie równania falowego w postaci fali płaskiej
    • 7.3.2. Rozwiązanie równania falowego w postaci fali sferycznej
    • 7.3.3. Rozwiązanie równania falowego w postaci fali cylindrycznej
  • 7.4. Równanie falowe w przybliżeniu przyosiowym
  • 7.5. Formuła Rayleigha-Sommerfelda
    • 7.5.1. Teoria dyfrakcji Kirchhoffa. Wzór Fresnela-Kirchhoffa
    • 7.5.2. Wzór dyfrakcyjny w przybliżeniu Fresnela
  • 7.6. Rozwiązanie równania falowego jako superpozycja fal elementarnych
  • Literatura do rozdziału 7
• 8. Transformata Fouriera. Ogólne rozwiązanie liniowego równania falowego
  • 8.1. Transformata Fouriera jako superpozycja funkcji bazowych
  • 8.2. Transformata funkcji prostokątnej i funkcji Gaussa
  • 8.3. Obliczanie transformaty Fouriera numerycznie z definicji
  • 8.4. Dwuwymiarowa transformata Fouriera
  • 8.5. Interpretacja fizyczna transformaty Fouriera
  • 8.6. Podstawowe właściwości transformaty Fouriera
  • 8.7. Transformaty wybranych funkcji  dwuwymiarowych
  • 8.8. Numeryczne algorytmy obliczania transformaty
    • 8.8.1. Dyskretna transformata Fouriera (DFT)
    • 8.8.2. Szybka transformata Fouriera (FFT)
    • 8.8.3. Obliczanie transformaty FFT w programie Matlab
  • 8.9. Rozwiązanie równania falowego z użyciem transformaty Fouriera
    • 8.9.1. Rozwiązanie równania Helmholtza dla ośrodka jednorodnego
    • 8.9.2. Rozwiązanie równania falowego w przybliżeniu przyosiowym
  • Literatura do rozdziału 8
• 9. Przestrzeń swobodna jako układ liniowy dla sygnałów optycznych dwuwymiarowych
  • 9.1. Przestrzeń swobodna jako układ liniowy
  • 9.2. Funkcja odpowiedzi impulsowej przestrzeni i zasada Huygensa-Fresnela
  • 9.3. Widmo kątowe fal płaskich i optyczna funkcja przenoszenia przestrzeni
    • 9.3.1. Częstości przestrzenne fali płaskiej
    • 9.3.2. Fale płaskie jednorodne i niejednorodne
    • 9.3.3. Funkcja przenoszenia przestrzeni swobodnej
    • 9.3.4. Widmo kątowe fal płaskich i transformata Fouriera
    • 9.3.5. Znajdowanie rozkładu pola świetlnego za pomocą widma przestrzennego
    • 9.3.6. Funkcja przenoszenia i odpowiedź impulsowa dla formuł Rayleigha-Sommerfelda oraz Fresnela
  • Literatura do rozdziału 9
• 10. Rozkłady dyfrakcyjne w strefach Fresnela i Fraunhofera
  • 10.1. Wzór dyfrakcyjny Fresnela pole bliskie i dalekie
  • 10.2. Obszar Fresnela (pole bliskie)
  • 10.3. Obszar Fraunhofera (pole dalekie)
  • 10.4. Rozkład fourierowski w płaszczyźnie ogniskowej soczewki
  • 10.5. Modelowanie propagacji światła z wykorzystaniem wzoru Fresnela
  • 10.6. Obrazy dyfrakcyjne dla szczeliny i rozkładu gaussowskiego 1D
    • 10.6.1. Rozkłady dyfrakcyjne w polu dalekim jako transformaty Fouriera
    • 10.6.2. Dyfrakcja na szczelinie geometryczna metoda wskazów
    • 10.6.3. Całka dyfrakcyjna Fresnela jako operacja splotu E0*hd
    • 10.6.4. Całka dyfrakcyjna jako transformata Fouriera z iloczynu E0P0
    • 10.6.5. Całka dyfrakcyjna jako odwrotna transformata Fouriera z FT(E0)H
  • 10.7. Dyfrakcja Fresnela na szczelinie i prostej krawędzi podejście analityczne
  • 10.8. Dyfrakcja na aperturach dwuwymiarowych
    • 10.8.1. Dyfrakcja na otworze prostokątnym
    • 10.8.2. Dyfrakcja na otworze kołowym
  • 10.9. Dyfrakcja światła na siatce transmisyjnej
    • 10.9.1. Konstrukcja i rodzaje siatek dyfrakcyjnych
    • 10.9.2. Dyfrakcja Fraunhofera na siatce transmisyjnej
    • 10.9.3. Siatka transmisyjna amplitudowa
    • 10.9.4. Siatka fazowa
    • 10.9.5. Efektywność dyfrakcyjna siatki
    • 10.9.6. Parametry spektralne siatki dyfrakcyjnej
  • 10.10. Przesłony komplementarne
    • 10.10.1. Zasada Babineta
    • 10.10.2. Przeszkody w postaci szczeliny i paska dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera
  • 10.11. Podsumowanie zestawienie formuł dyfrakcyjnych
  • Literatura do rozdziału 10
• 11. Wiązki gaussowskie
  • 11.1. Fala paraboidalna jako rozwiązanie przyosiowego równania falowego
  • 11.2. Wiązka gaussowska
    • 11.2.1. Właściwości wiązki gaussowskiej
    • 11.2.2. Wyznaczanie parametrów wiązki gaussowskiej
  • 11.3. Wiązki gaussowskie wyższego rzędu
    • 11.3.1. Mody Hermitea-Gaussa
    • 11.3.2. Mody Laguerrea-Gaussa
  • 11.4. Wiązka świetlna powstająca w rezonatorze lasera
  • 11.5. Definicje średnicy przekroju wiązki świetlnej
  • 11.6. Rzeczywiste wiązki laserowe. Parametr M kwadrat (M2)
  • Literatura do rozdziału 11
• 12. Transformacja wiązki  gaussowskiej w układzie soczewkowym
  • 12.1. Równanie soczewki cienkiej dla wiązki gaussowskiej
  • 12.2. Ogniskowanie wiązki gaussowskiej
  • 12.3. Równanie soczewki dla parametru zespolonego wiązki gaussowskiej
  • 12.4. Zasada ABCD dla wiązki gaussowskiej
  • 12.5. Kolimowanie wiązki gaussowskiej
    • 12.5.1. Układ jednosoczewkowy
    • 12.5.2. Układ dwusoczewkowy
    • 12.5.3. Układ kolimatora z oczyszczaniem wiązki
  • 12.6. Zestawienie najważniejszych wzorów
  • Literatura do rozdziału 12
• 13. Wiązki bezdyfrakcyjne
  • 13.1. Rodzaje i właściwości wiązek bezdyfrakcyjnych
  • 13.2. Wiązka Bessela
    • 13.2.1. Równanie wiązki Bessela
    • 13.2.2. Sposoby wytwarzania wiązki Bessela
    • 13.2.3. Prędkość fazowa i grupowa wiązki Bessela
  • 13.3. Wiązka Airyego
    • 13.3.1. Funkcja Airyego
    • 13.3.2. Matematyczna wiązka Airyego
    • 13.3.3. Tłumiona wiązka Airyego
    • 13.3.4. Dwuwymiarowa wiązka Airyego
    • 13.3.5. Wytwarzanie wiązki Airyego
  • Literatura do rozdziału 13
• 14. Fala świetlna w krysztale anizotropowym
  • 14.1. Kryształy anizotropowe tensor podatności elektrycznej
  • 14.2. Rodzaje kryształów anizotropowych
  • 14.3. Propagacja fali płaskiej w krysztale anizotropowym
    • 14.3.1. Równania Fresnela
    • 14.3.2. Powierzchnia wektorów falowych
    • 14.3.3. Powierzchnia falowa
    • 14.3.4. Indykatrysa optyczna elipsoida współczynników załamania
    • 14.3.5. Podwójne załamanie światła na powierzchni kryształu anizotropowego
    • 14.3.6. Konstrukcje geometryczne określania kierunków wektorów falowych i promieni
    • 14.3.7. Numeryczne wyznaczanie parametrów fal o i e przy podwójnym załamaniu
  • Literatura do rozdziału 14
• DODATEK A.  Podstawowe pojęcia z analizy wektorowej
  • I. Gradient pola skalarnego
  • II. Strumień pola wektorowego przez powierzchnię. Dywergencja pola
  • III. Krążenie (cyrkulacja) wektora po krzywej zamkniętej
  • IV. Operator nabla gradient, dywergencja, rotacja we współrzędnych prostokątnych
  • V. Operatory gradientu, dywergencji i rotacji w różnych układach współrzędnych
  • VI. Użyteczne tożsamości wektorowe
  • VII. Twierdzenia całkowe analizy wektorowej
  • Literatura Dodatek A
• DODATEK B. Pole promieniowania przyspieszanego ładunku punktowego
  • B1. Linie pola elektrycznego przyspieszanego ładunku
  • B2. Pole magnetyczne pola promieniowania
  • B3. Moc promieniowania oscylującego dipola
• DODATEK C. Wyprowadzenie relacji Kramersa-Kroniga z twierdzenia Cauchyego
• DODATEK D. Układy liniowe
  • D1. Układy czasowe liniowe i stacjonarne
  • D2. Odpowiedź układu liniowego na sygnał impulsowy. Odpowiedź impulsowa
  • D3. Odpowiedź układu na sygnał harmoniczny. Funkcja transmitancji
  • D4. Zależność pomiędzy funkcją impulsową a funkcją transmitancji
• DODATEK E. Delta Diraca i uogólnione transformaty Fouriera
  • E1. Delta (dystrybucja) Diraca
  • E2. Pary transformat wybranych funkcji w sensie granicznym
• DODATEK F. Właściwości przekształcenia Fouriera i wybrane transformaty
• DODATEK G. Szeregi trygonometryczne funkcji prostokątnej
  • G1. Współczynniki szeregu Fouriera
  • G2. Okresowy ciąg impulsów prostokątnych funkcja parzysta
  • G3. Okresowy ciąg impulsów prostokątnych
  • G4. Zbieżność szeregu Fouriera w punktach nieciągłości funkcji
• DODATEK H. Wyprowadzenie wzoru dla wiązki Hermitea-Gaussa
• Przypisy

pokaż cały spis treści

ukryj recenzje