Методы физической оптики

Под светом понимают не только видимый свет, но и достаточно широкие области электромагнитного излучения, такие как инфракрасная и ультрафиолетовая области спектра. Являясь по праву одной из древнейших наук, оптика и на сегодняшний день продолжает интенсивно развиваться. Она традиционно выступает в качестве автономного раздела науки, а ее основным предметом считаются свойства оптического преломления и излучения, которые проявляются в процессах распространения и взаимодействии с веществом.

Методы физической оптики предназначены для сложных задач, в которых необходимо правильно моделировать достаточно крупные диэлектрические и металлические структуры. Физическая оптика является асимптотическим приближением общей гипотезы дифракции для высоких частот и применяет не понятие лучей, а токи.

Ученые обычно получают решение задачи методом моментов. Но если оказывается, что исследуемая структура является слишком большой для существующих ресурсов (время вычислений, доступная память) можно использовать метод под названием «MLFMM», а если резервов по-прежнему недостаточно - способ физической оптики.

Основные методы для проведения исследований в физической оптике

Рисунок 1. Классификация оптических методов исследования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

За многие годы в физической оптике сложился собственный специфический инструментарий, состоящий из уникальных приборов и наборов методов для более результативного проведения оптических экспериментов. Для этого механизма весьма характерно создание изображений предметов посредством устройств, линейные размеры которых значительно больше волновой длины. Исследование спектрального состава светового излучения возможно с помощью различных видов спектрографов и интерферометров, а также с применением мощных приёмников света, действие которых базируется на его квантовых характеристиках.

В качестве элементарной основы оптических приборов используются:

• сферические линзы;
• призмы;
• плоские зеркала;
• дифракционные решетки;
• дифракционные элементы в виде фазовых пластинок определенной конфигурации.

В становлении физической оптики помог метод разработки универсальных адаптивных оптических устройств, свойства которых могут меняться под влиянием внешних факторов и управляющих сигналов. Наконец, среди весьма перспективных элементов следует отметить фотонные одноосные кристаллы на базе мета-материалов – веществ с отрицательным параметром светового преломления.

В качестве главного носителя фазовой и амплитудной информации об отраженных от предмета волнах света используются голограммы. С возникновением сверхмощных компьютеров появилась возможность, используя на практике цифровые методы, осуществлять в реальном времени объективную регистрацию и обработку оптических сигналов и изображений.

Основы технологии гибридного метода в физической оптике

Программа нового гибридного метода при моделировании в физической оптике объединяет в одно целое способ моментов и принцип действия данного научного направления путем установления двунаправленной взаимосвязи между ними в процессе научных вычислений, то есть с помощью модификации матрицы материального взаимодействия.

В качестве наглядных примеров типовых задач идеально подойдет расчет воздействия близкого расположения масштабной структуры на входной импеданс определенной рупорной антенны, при этом весь процесс рассчитывается методом геометрической оптики, а сам исследуемый объект – способом моментов.

Технология гибридного метода использует различные расширения геометрической и физической оптики:

• программы для учета эффекта ползущих хаотичных волн в граничной теневой области;
• корректирующие величины для более точного вычисления токов, расположенных возле клиньев и кромок;
• оптические эффекты для больших элементов;
• альтернативный набор основных функций, базирующихся на плоских волнах.

Приближение данных критериев не учитывает многократные и нечеткие отражения, но позволяет выполнять необходимую декомпозицию крупных предметов. Это помогает экспертом существенно сократить вычислительные расходы в сравнении со стандартным способом физической оптики в случаях, в которых применимо указанное приближение.

Научные эксперименты в физической оптике

В пределах физической оптики можно провести множество дополнительных научных исследований. Так, внутри данного направления в физике принято выделять волновую классическую оптику, на основе которой рассматриваются явления дифракции и интерференции света. Классическая теория детально описывает световой луч в виде электромагнитных волн, небольшая интенсивность которых не может изменить параметры среды распространения лучей. Если же с ростом интенсивности преломления коэффициент поглощения среды исчезает, то соответствующие волновые эффекты принято изучать в рамках нелинейной оптики.

Как один из основных разделов физической оптики, возникла квантовая оптика, которая занимается исследованием явлений, связанных с квантованием света. Некоторые сферы исследований, базирующиеся на принципах квантовой оптике и относящиеся к генерации, относят управление мельчайших частиц к фотонике – до конца не сформировавшемуся подразделу оптики.

К физической оптике также примыкает обширная область оптических экспериментов, в которых рассматривается люминесценция – возникающее за счет избыточной энергии преломление. Это явление при переходе в нормальное состояние объекта продолжается определенное время, а затем значительно превышают период световых колебаний. Люминесцентный анализ часто используется при изучении структуры разнообразных химических веществ.

Современное состояние физической оптики характеризуется целым рядом достижений в активно развивающихся научных направлениях. Такое перспективное течение в физике охватывает широкий круг сложных оптико-физических задач прикладной и фундаментальной направленности. Использование световых импульсов в физической оптике позволило ученым создать новые, универсальные методы диагностики в медицине и биологии, разработать уникальные материалы с нано-структурированными свойствами.