Hoe licht buigen?

Licht reist in algemene omstandigheden niet in rechte lijnen (hoewel het doet dit in degenen die we gewoonlijk tegenkomen).

Ten eerste is licht in feite een golf en kan het slechts bij benadering worden beschouwd als bestaande uit onafhankelijk voortplantende stralen. Dit gebeurt wanneer de golflengte van het licht veel kleiner is dan de afstanden waarover het zich voortplant, wat meestal het geval is voor licht (waarvan de golflengte in het zichtbare bereik $ 0,4 $ tot $ 0,7 \, \ mu \ textrm {m} $ is) maar is niet noodzakelijk het geval bv voor radiogolven en wanneer het om nanodeeltjes gaat .

Hierin korte golflengtelimiet, golfvoortplanting maakt plaats voor straalvoortplanting (wat een speciaal, geschat geval is van het eerste), en specifiek voor Fermats principe voor de wiskundige beschrijving van licht. Dit principe stelt dat lichtstralen die beginnen bij $ A $ en eindigen bij $ B $, het pad volgen dat de reistijd minimaliseert. $$ S = \ int_A ^ B n (s) \ textrm {d} s , $$ waarbij $ n (s) $ de (mogelijk ruimtelijk afhankelijke) brekingsindex langs het pad is.

Voor een homogeen medium geeft dit inderdaad rechte lijnen voor voortplanting. Voor een vlakke interface tussen twee verschillende media geeft het de wet van Snell voor refractie en het beschrijft ook reflectie. (Omdat het echter geen rekening houdt met de feitelijke aard van licht als een oscillerend elektrisch veld, kan deze beschrijving transmissie- of reflectiecoëfficiënten niet voorspellen.

, als het medium niet homogeen is, zal licht niet reizen op een rechte lijn, en voor gecompliceerde inhomogeniteiten kan het pad navenant moeilijk te berekenen zijn. Zie bijvoorbeeld de formatie van luchtspiegelingen of meer in het algemeen atmosferische refractie . Omgekeerd, als iemand een pad heeft dat men een bepaalde lichtstraal wil laten volgen, dan is het mogelijk om een ruimtelijke afhankelijkheid van de brekingsindex ontwikkelen waardoor het licht op die manier buigt. (of een dergelijke afhankelijkheid fysiek redelijk is, is natuurlijk een andere kwestie; als het pad te scherp buigt, is het misschien niet mogelijk om materialen te vinden met relatief grote index- en indexgradiënten nodig.)

We buigen het licht voortdurend – met behulp van lenzen.

Licht buigt wanneer het van het ene materiaal naar het andere gaat, vanwege behoud van momentum.

De wet van Snell beschrijft hoe licht buigt.

Licht wordt ook gebogen wanneer het langs massieve objecten – kijk naar “gravitatielenzen” als je geïnteresseerd bent.

Licht kan effectief in een parabolisch pad worden gebogen met behulp van materialen met een veranderende brekingsindex. Dit wordt gedaan in glasvezel met behulp van “ graded-index fiber .”

Reacties

• sorry dat ik vergeten ben er een parabolisch pad aan toe te voegen! Dat heb ik nu gedaan!
• Ik zou niet ' niet zeggen dat licht hoe dan ook (effectief of niet) gebogen is in de graded-index vezels. Het ' is net zo misleidend als het trekken van lichtstraalreflectie in een step-index fiber. In een rechte single-mode vezel met graded-index plant het licht zich langs een rechte lijn voort omdat het een staande golf vormt in de dwarsrichting, dus er is geen voortplanting.
• @texnic: maar in multimode graded-index vezels het licht zelf volgt een sinusvormig pad.

Om alle mooie antwoorden hier te generaliseren, kunnen we buig licht in bijna elke vorm met behulp van optische vezels of fotonische kristallen. Hoewel het er misschien kunstmatig uitziet, is het in wezen gelijkwaardig aan alle andere methoden, omdat het wordt beheerst door dezelfde natuurkundige wetten.

Theoretische oplossingen voor de vergelijkingen van Maxwell, waarbij lichtbundels, zelfs in vacuüm, langs gebogen banen kunnen reizen, zijn getoond. Ik ben zeker geen expert op dit gebied, dus ik zal geen enkele theorie proberen uit te leggen, ik herinner me alleen dat ik over de studie las. U kunt er hier meer over lezen: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . Of probeer “Airy Beam” te googlen.

Ik ga akkoord met 16BitTons. Er wordt beweerd dat licht in een rechte lijn reist, maar vanwege het enorme aantal optische instrumenten dat we tegenwoordig gebruiken, namelijk lenzen, spiegels, prismas, enz. we zijn in staat om de richting van de beweging van het licht te veranderen, het af te wijken van zijn werkelijke pad en het dus te “buigen”.Hier zou ik ook willen suggereren dat we, net als in de geometrie, weten dat cirkel een combinatie is van een aantal kleine rechte lijnen die met elkaar zijn verbonden om de uiteindelijke vorm te vormen.Probeer driehoek, vierkant, vijfhoek te nemen ….., icosagon, … en naarmate je hoger en hoger gaat, neigt de vorm meer een cirkel te worden. Als een vergelijkbare experimentele opstelling kan worden opgesteld om een deel van de curve voor te bereiden met behulp van een combinatie van een aantal spiegels, en dan wordt het licht vanaf één uiteinde laten invallen, dan kunnen we mogelijk de buiging van het licht zien van de andere kant.