Глубина проникновения

Глубина проникновения - это мера того, как глубокий свет или любое электромагнитное излучение может проникнуть в материал. Он определяется как глубина, на которой интенсивность излучения внутри материала падает до 1/ E (около 37%) от его исходного значения при (или более правильно, прямо под) поверхности.

Когда электромагнитное излучение падает на поверхности материала, оно может (частично) отражено от этой поверхности, и в материал будет передано поле, передаваемое энергией. Это электромагнитное поле взаимодействует с атомами и электронами внутри материала. В зависимости от природы материала, электромагнитное поле может перемещаться очень далеко в материал или может очень быстро вымирать. Для данного материала глубина проникновения, как правило, будет функцией длины волны .

Пиво -ламберт закон

Согласно закону о пиве -ламберте , интенсивность электромагнитной волны внутри материала падает в геометрической прогрессии с поверхности, как

I(z)=I_{0}\,e^{-\alpha z}

Если $\delta _{p}$ обозначает глубину проникновения, мы

\delta _{p}={\frac {1}{\alpha }}

Глубина проникновения - это один термин, который описывает распад электромагнитных волн внутри материала. Приведенное выше определение относится к глубине $\delta _{p}$ при которой интенсивность или сила поля распадается до 1/e его значения поверхности. Во многих контекстах кто -то концентрируется на самих количествах поля: электрическим и магнитным полям в случае электромагнитных волн. Поскольку сила волны в определенной среде пропорциональна квадрату количества поля, можно говорить о глубине проникновения, при которой величина электрического (или магнитного) поля распадается до 1/e его значения поверхности, и в этот момент сила волны, таким образом, уменьшилась до $1/e^{2}$ или около 13% от его значения поверхности:

\delta _{e}={\frac {1}{\alpha /2}}={\frac {2}{\alpha }}=2\delta _{p}

Обратите внимание, что $\delta _{e}$ идентичен глубине кожи , последний термин обычно применяется к металлам в отношении распада электрических токов (которые следуют за распадом в электрическом или магнитном поле из -за плоской волны, падающего на объемный проводник). Постоянная затухания $\alpha /2$ также идентична (негативной) реальной части константы распространения , которая также может быть названа как $\alpha$ Использование нотации, несовместимого с приведенным выше использованием. При ссылке на источник всегда должен быть осторожен, отметить, является ли число, такое как $\alpha$ или $\delta$ относится к распаду самого поля или интенсивности (мощности), связанной с этим полем. Также может быть неоднозначным относительно того, описывает ли положительное число затухание (сокращение поля) или усиление ; Обычно это очевидно из контекста.

Постоянная затухания

Постоянная затухания для электромагнитной волны при нормальной частоте на материале также пропорциональна воображаемой части показателя преломления материала n . Используя приведенное выше определение $\alpha$ (на основе интенсивности) Следующие отношения сохраняются:

\alpha /2={\frac {1}{\delta _{e}}}={\frac {1}{2\delta _{p}}}={\frac {\omega }{c}}\;\mathrm {Im} ({\tilde {n}}(\omega ))={\frac {2\pi }{\lambda }}\;\mathrm {Im} ({\tilde {n}}(\omega ))

где ${\tilde {n}}$ обозначает сложный показатель преломления , $\omega$ Является ли радиановая частота излучения, C - это скорость света в вакууме и $\lambda$ Длина волны. Обратите внимание, что ${\tilde {n}}(\omega )$ является очень важной функцией частоты, как и его воображаемая часть, которая часто не упоминается (по сути, это нулевая для прозрачных диэлектриков). Сложный показатель преломления металлов также редко упоминается, но имеет такое же значение, что приводит к глубине проникновения (или глубине кожи $\delta _{e}$ ) точно задано формулой , которая действительна для микроволновых частот.

Отношения между этими и другими способами определения распада электромагнитного поля могут быть выражены математическими описаниями непрозрачности .

Это только указывает на распад поля, который может быть связан с поглощением электромагнитной энергии в потертой среде или может просто описать проникновение поля в среде, где не происходит потери (или комбинация из двух). Например, гипотетическое вещество может иметь сложный показатель преломления ${\tilde {n}}=1+.01j$ Полем Волна войдет в эту среду без значительного отражения и будет полностью поглощена в среде с глубиной проникновения (в полевых условиях) $\delta _{e}\approx 16\lambda$ , где $\lambda$ это вакуумная длина волны. Другой гипотетический материал со сложным индексом преломления ${\tilde {n}}=0+.01j$ будет Также иметь глубину проникновения 16 волн, однако в этом случае волна будет идеально отражена из материала! Никакого фактического поглощения излучения не происходит, однако электрические и магнитные поля хорошо распространяются на вещество. В любом случае глубина проникновения находится непосредственно из воображаемой части показателя преломления материала, как подробно описано выше.