6. Основные свойства электромагнитного излучения видимого диапазона.

7. Локализация света в пространстве и времени.

8. Статистические свойства электромагнитного поля. Функции когерентности и их свойства.

9. Фотодетекторы. Связь между статистикой фотонов и статистикой фотоотсчетов.

10. Пропускная способность оптического канала связи. Оптические шумы.

Наибольшую информацию об окружающем мире (до 90%) человек получает с помощью зрения, т.е. посредством электромагнитного излучения видимого диапазона с длиной волны 0,38мкм < λ < 0,78мкм. Пропускная способность зрения человека ~10⁶бит/с, а динамический диапазон восприятия яркости, равный отношению наибольшей допустимой яркости к наименьшей доступной глазу яркости составляет 10¹². Отметим, что яркость Солнца ~10⁹кд/м², лампочки накаливания ~10⁶кд/м², ночного неба при полной луне ~10³кд/м². Наибольшая чувствительность глаза в результате эволюции соответствует зеленой области видимого спектра (λ ~ 0,55мкм), что связано с характером спектра солнечного света на поверхности Земли. На видимый диапазон приходится около 40% всей энергии солнечного излучения через атмосферу. Кроме того, видимый диапазон оптимален с точки зрения уменьшения влияния квантовых флуктуаций и тепловых шумов. Интересно отметить, что адаптированный к темноте глаз может воспринимать излучение, состоящее всего из 10 фотонов.

Основы волновой теории света были заложены Х. Гюйгенсом в его сочинении «Трактат о свете», вышедшем в 1690г, математическое завершение теории электромагнитных волн получила в книге Д.К. Максвелла «Трактат по электричеству и магнетизму», опубликованной в 1704г. Начала современной квантовой теории света, соединяющей в себе волновую форму движения и дискретность процесса взаимодействия света с веществом, были заложены М. Планком в его работах по теории теплового излучения нагретых тел (1900г).

В основе классической электродинамики лежит система уравнений Максвелла, описывающая пространственно-временные изменения электромагнитного поля, а также его связь с электрическими зарядами и токами. Для определения основных кинематических и энергетических характеристик электромагнитного поля удобно использовать наиболее простое решение системы уравнений Максвелла, описывающее плоскую монохроматическую волну в вакууме

,

(III.10.1)

.

Здесь и – векторы напряженности электрического и магнитного полей соответственно, А_Е и А_Н – амплитуды колебаний электрического и магнитного полей, – фаза волны, k = 2π/λ – волновое число, λ – длина волны, ω – круговая частота волны, ω/k = с – скорость света в вакууме, φ₀ – начальная фаза. Волна распространяется в положительном направлении оси z, вектор поляризации , определяющий направление вектора вдоль оси х, имеет единичную длину, вектор определяет направление вектора вдоль оси y и также имеет единичную длину. Такая волна считается линейно поляризованной вдоль оси х, а плоскость колебаний вектора Е xoz называется плоскостью поляризации. Волна (III.10.1) является поперечной, поскольку векторы и – лежат в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны, которое задает волновой вектор . В нашем случае .