光学媒体

電磁波が伝播する媒体

光学において、光学媒体とは光やその他の電磁波が伝播する物質のことです。これは伝送媒体の一種です。媒体の誘電率と透磁率によって、電磁波がどのように伝播するかが決まります。

プロパティ

光媒体は固有インピーダンスを持ち、次式で表される。

${\displaystyle \eta ={E_{x} \over H_{y}}}$

ここで、 とはそれぞれ電場と磁場です。電気伝導率のない領域では、式は次のように簡略化されます。 ${\displaystyle E_{x}}$ ${\displaystyle H_{y}}$

${\displaystyle \eta ={\sqrt {\mu \over \varepsilon }}\ .}$

例えば、自由空間における固有インピーダンスは真空の特性インピーダンスと呼ばれ、Z ₀と表記され、

${\displaystyle Z_{0}={\sqrt {\mu _{0} \over \varepsilon _{0}}}\ .}$

波は媒質中を速度 で伝播します。ここで は周波数、は電磁波の波長です。この式は次のように表すこともできます。 ${\displaystyle c_{w}=\nu \lambda }$ ${\displaystyle \nu }$ ${\displaystyle \lambda }$

${\displaystyle c_{w}={\omega \over k}\ ,}$

ここで、 は波の角周波数、 は波の波数です。電気工学では、 の代わりに位相定数と呼ばれる記号がしばしば用いられます。 ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle \beta }$ ${\displaystyle k}$

自由空間における電磁波の伝播速度は、理想的な基準状態（温度の絶対零度のような）であり、慣例的にc ₀で表される。^[1]

${\displaystyle c_{0}={1 \over {\sqrt {\varepsilon _{0}\mu _{0}}}}\ ,}$

ここでは電気定数、は磁気定数です。 ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ ${\displaystyle ~\mu _{0}\ }$

一般的な紹介についてはSerway ^[2]を参照してください。合成メディアの議論についてはJoannopoulus ^{[3]を参照してください。}

参照

• チェレンコフ放射
• 電磁スペクトル
• 電磁放射
• 光学
• SI単位
• 空きスペース
• メタマテリアル
• フォトニック結晶
• フォトニック結晶ファイバー

注釈と参考文献

1. ISO 31-5では、NISTとBIPMはc ₀という表記を採用しています。
2. レイモンド・サーウェイ＆ジュエット・J（2003年）『科学者とエンジニアのための物理学』（第6版）ベルモント、カリフォルニア州：トムソン・ブルックス／コール、ISBN 0-534-40842-7。
3. John D Joannopouluos、Johnson SG、Winn JN、Meade RD (2008). フォトニック結晶：光の流れを形成する（第2版）. プリンストン大学出版局（ニュージャージー州）. ISBN 978-0-691-12456-8。

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