Điện động lực học

Sóng điện từ trong môi trường vật chất

Đáp ứng điện môi và từ của vật chất làm thay đổi tốc độ, bước sóng, phân cực và suy hao của sóng.

Trong môi trường tuyến tính đồng nhất, D = εE và B = μH. Với tổn hao có thể mô tả ε và μ phức; quan hệ tán sắc cho biết các thành phần tần số truyền khác nhau.

Diễn giải và hệ quả

Tại mặt phân cách, tần số được bảo toàn; bước sóng đổi theo vận tốc. Điều kiện biên của E,H quyết định phản xạ và khúc xạ (định luật Snell cho môi trường đẳng hướng).

Với quy ước pha $e^{i(kz-\omega t)}$, môi trường hấp thụ có số sóng phức $k=k'+i\kappa$: biên độ giảm như $e^{-\kappa z}$, còn cường độ giảm như $e^{-2\kappa z}$. Quan hệ tán sắc là phức và phụ thuộc tần số; tính nhân quả nối phần tán sắc với hấp thụ qua các quan hệ Kramers–Kronig. Vì vậy, một hằng số chiết suất thực không thể mô tả đầy đủ vật liệu trong dải hấp thụ.

Trở kháng sóng $\eta=\sqrt{\mu/\varepsilon}$ cho biết tỉ số biên độ $E/H$. Ở mặt phân cách vuông góc giữa hai môi trường không tổn hao, điều kiện liên tục của trường cho hệ số phản xạ điện trường $r=(\eta_2-\eta_1)/(\eta_2+\eta_1)$ khi không có dòng mặt. Nếu trở kháng khớp, phản xạ bằng không; khác biệt chiết suất vẫn có thể làm đổi hướng truyền khi tới xiên.

Trong môi trường phân tán, vận tốc nhóm có thể khác vận tốc pha; gần cộng hưởng, hấp thụ và tán sắc mạnh khiến mô hình hằng số vật liệu phải được dùng thận trọng. Ngoài dải cộng hưởng, độ tán sắc yếu thường cho phép gần đúng chỉ số khúc xạ cục bộ.

Trắc nghiệm nhanh