
Ну а как строить-то такую характеристику? А если пластинки поглощающие? А вдруг они еще и анизотропные некоторые? А если не просто анизотропные, а прям холестерические, как в жидкокристаллических мониторах? А если все они вообще разные и каждая со своим дихроизмом? Не беда!
Статья ориентирована на тех, кто захочет написать код функции, поэтому без математических выкладок — всё в стиле «делай, не думай».
Постановка задачи
Отрезок разделен на частей — «одномерных анизотропных пластин холестерического типа». Каждая пластина имеет свой собственный набор параметров: , , , , , , а также толщину . Номера пластин упорядочены в порядке следования одной за другой слева направо (вдоль возрастания координаты ). Слева и справа от стопки анизотропных пластин находятся изотропные среды с параметрами: при и при . Слева на стопку пластин падает плоская электромагнитная волна с частотой . Требуется найти коэффициент отражения и коэффициент пропускания .
Задача решается в безразмерных величинах. Параметр обезразмеривания выбирается исходя из удобства. Безразмерные величины выражаются через размерные в системе следующим образом: При обезразмеривании вещественные части величин не изменяются.
1. Предварительные слова
1.1. Аргументы и возвращаемые значения функции
Аргументы (уже обезразмеренные)
, — диэлектрическая и магнитная проницаемости крайней левой изотропной среды (не обязательно вакуум, индекс значит ),
, — диэлектрическая и магнитная проницаемости крайней правой изотропной среды (индекс: ),
— частота падающей волны,
Далее для каждого -слоя (всего слоев):
— толщина слоя,
— пространственная частота холестерической спирали (может принимать отрицательные значения),
— «начальный» (какой он был бы при , если спираль продолжить назад, — невзирая на истинную начальную координату -слоя) угол между осью и вектором-директором (см рис. ниже),
, , , — в общем случае комплексные продольные и поперечные диэлектрические и магнитные проницаемости.
При этом мнимые части диэлектрических и магнитных проницаемостей отвечают за поглощение: , , , .

Возвращаемые значения
Всего рассматривается 4 типа падающих волн:
- плоская поляризация по ,
- плоская поляризация по ,
- круговая поляризация правая ,
- круговая поляризация левая .
В соответствии с типом падающей волны, функция возвращает 4 коэффициента пропускания и 4 коэффициента отражения (всего 8 значений): .
Коэффициенты определяются как доли энергии (отраженной, пропущенной) от энергии падающей волны.
При желании, долю поглощенной энергии в стопке можно вычислить по формуле: , где индекс обозначает тип падающей волны: .
1.2. Используемые ниже обозначения
В основном действия состоят из вычисления и произведения комплексных матриц размерностью .
Для обозначения каждой матрицы используется открывающая скобка, буква и закрывающая скобка. Например:. Открывающая и закрывающая скобки не всегда одинаковы. Обратные матрицы обозначаются обратным порядком скобок, например: . Буквой в скобках подчеркивается зависимость марицы от координаты. Если матрица не зависит от координаты, то в скобках присутствует другая буква. Таким образом, при обозначении матрицы, значение имеет уникальный набор скобок и их порядок следования.
Обозначения используются для лаконичности записи произведения матриц и удобства проверки правильности записи, выражаемого мнемоническим правилом: соседние перемножаемые матрицы должны иметь одинаковые граничащие скобки, что имеет смысл при переходе из одного пространства в другое. Эти-то 4-мерные пространства и обозначаются скобками: — пространство «неподвижное декартово», — пространство «вращающееся декартово», — пространство «собственных векторов», — пространство «количеств и направлений волн». Произведение матрицы на вектор интерпретируется как новое представление вектора: или в другом 4-пространстве, но при той же координате (если скобки матрицы отличаются) или в другой координате, но в том же 4-пространстве (если открывающя и закрывающая скобки одинаковы).
2. Вычислительные шаги
2.1. Вычисление собственных значений
Для каждого слоя вычисляются 4 собственных значения по формуле: где Здесь — мнимая единица.
2.2. Вычисление собственных векторов
Каждому собственному значению соответствует собственный вектор : , где
Если кратности 2, то в этой задаче ему соответствует два собственных вектора.
2.3. Вычисление матрицы
Для каждой -слоя вычисляется матрица . Нумерация слоев слева-направо, по возрастанию координаты . Формула для вычисления: где , , — координаты соответсвенно левой и правой границы -слоя: .
2.4. Вычисление матрицы
Формула для вычисления:
2.5. Вычисление матрицы
Формула для вычисления: где при , .
2.6. Вычисление векторов
Предварительные вычисления. Если
то вычисляются:
Теперь векторы записываются:
2.7. Вычисление векторов
Плоская поляризация Формулы для вычисления: Здесь при , .
Круговая поляризация Формулы для вычисления:
2.8. Вычисление коэффициента отражения и коэффициента прохождения
Вектор имеет структуру: Плотность потока энергии определяется — вектором Пойнтинга, усредненным по периоду колебаний: где звездочкой обозначено комплексное сопряжение.
Используя эту формулу вычисляются где принимает значения (падают волны плоской поляризации) либо (падают волны круговой поляризации).
Для нахождения коэффициента отражения и коэффициента прохождения используются формулы:
3. Заключение
Ну вот. Теперь можно применять. Инструмент забавный. Всем добра.
Комментарии (31)
 - hardegor04.05.2017 18:57+2- До ката всё понятно. А после ката, наверное, только специалист разберется. 
 Лучше бы привели пример расчета для 1.5, 2, 10 и 50 пластинок, тогда хотя бы понятно стало, что это за формулы и как их применять в жизни или работе :)
 - ivlis05.05.2017 01:39+2- Чего-то у вас сложно. Должна быть одна матрица 4x4 которая описывает рассеяние фотонов на границе между двумя диэлектриками и одна матрица переноса. Поляризации можно выбрать любые, хоть плоские, хоть круговые, от этого только коэффициенты изменяется. Откуда у вас все 4 сразу? :) 
 
 Ну и как отметили выше — не понятно зачем оно нужно. - FransuaMaryDelone05.05.2017 07:53-4- Чего-то у вас сложно. Должна быть одна матрица 4x4 которая описывает рассеяние фотонов на границе между двумя диэлектриками и одна матрица переноса. Ну сложно если Вам, то идите на второй курс учиться. Матрица тут вообще одна — описывает «рассеяние фотонов сразу на всей на стопке» (п.2.6), если угодно. Ну и для границы диэлектриков, если уж на то пошло, достаточно матрицы 2х2, а не 4х4 как Вы заявляете. Идите учиться, не пукайте тут. - ivlis05.05.2017 09:35+3- FransuaMaryDelone принимает научную критику за личное оскорбление. Это тупо. Не будь как 
 FransuaMaryDelone.
 
 Пространство динамических уравнений Максвелла четырехмерное, поэтому амплитуды будет четыре, конечно. Не помню на каком курсе это проходят. - FransuaMaryDelone05.05.2017 10:41-5- Ваши слова не являются научной критикой, они являются следствием Вашей безграмотности, и в моем предыдущем сообщении есть аргументы на этот счет. В безграмотности самой по себе нет ничего плохого. Плохо начинается тогда, когда дурак начинает считать себя умным.  - ivlis05.05.2017 19:13+3- Второе золотое правило: переходя на личности — выясни личность. У меня есть публикации по электродинамике, в т.ч. про пластины в т.ч. в гиротропией. :)  - FransuaMaryDelone06.05.2017 21:40-2- У меня есть публикации Это позорище — трясти публикациями — Вам больше нечем удивить оппонента. Ну и потом Вы не указали:
 - импакт-фактор журнала,
- количество соавторов,
- сколько раз на Ваши статьи ссылались другие авторы (кроме Вас).
 
 Впрочем, судя по эпитету «динамические», которым Вы снабдили уравнения Максвелла, и по тому, что Вы настаиваете на том, что в одномерном случае в изотропных средах необходимо не 2, а 4 различных «амплитуды» (как Вы их назвали странно), могу предположить, что опубликовались Вы в трудах какой-нибудь непрофильной конференции или в «вестнике Мусохранского ПТУ» или в соавторы Вы попали случайно. Специализация Ваша далека от электродинамики. В любом случае намеки на авторство научных статей при таких пробелах в образовании и при таких обстоятельствах разговора выглядят позорно и жалко.
 
 
 
 
 
- Rumlin05.05.2017 08:08+2- Собственно не хватает применения, расчетов для интересных случаев.  - FransuaMaryDelone05.05.2017 08:13-2- какие случаи Вам кажутся интересными? - Rumlin05.05.2017 08:23+2- Вам виднее — вам известно для каких случаев это применимо. Хотя бы хотелось бы увидеть анонс: 
 - Ну а как строить-то такую характеристику? А если пластинки поглощающие? А вдруг они еще и анизотропные некоторые? А если не просто анизотропные, а прям холестерические, как в жидкокристаллических мониторах? 
 
 
 
           
 

Shkaff
Я все понимаю, полезное упражнение, хорошо второкурсникам давать, но что это делает тут? Без объяснений и какого либо сопровождающего текста?
FransuaMaryDelone
Shkaff
Ну отлично, давайте теперь все задачки из Ландау Лифшица постить тут, просто на случай кому-то понадобится.
FransuaMaryDelone
Укажите пожалуйста на внешний источник, откуда я мог бы, по-Вашему, скопировать содержание статьи.
Shkaff
Я не говорю, что вы скопировали, просто это все настолько стандартно, что без словесного описания совершенно неинтересно.
FransuaMaryDelone
Стандартно в каком смысле? Покажите этот стандарт, на который Вы ссылаетесь.
Shkaff
В том смысле, что в любом учебнике для вузов по ЭМ написано, как это делать, а в более специальных книгах по оптике напрямую вычисляется. Это стандартная техника построения многослойных покрытий зеркал, например, и описана в куче публикаций и книг, мне лень гуглить.
FransuaMaryDelone
Там одна холесерическая пластина (без магнитной проницаемости и поглощения).
Что вычисляется? Стопка холестерических пластин с дихроизмом? Да где же этот учебник?! Как жаль, что Вам лень гуглить.
Shkaff
Вы знаете, после вашего отношения к комментариям никакого желания вести с вами обсуждение нет, даже если вы и правы в том, что такие подробности в вузовском учебнике не встретишь.
FransuaMaryDelone
Это говорит лишь о том, что Вам нечем крыть. То-есть, написали херню, а теперь в кусты.
Shkaff
Хахах, вы смешной:) Наверное, "делай, не думай" — ваш девиз по жизни.
FransuaMaryDelone
ха-ха-ха. (это я над Вами, тупорылым, ведь если карма у меня занулится, с кем Вам придется тут спорить?)
FransuaMaryDelone
FransuaMaryDelone
Shkaff
Ну, а за мной остается право писать к ним комменты, выражая свое по их поводу мнение.
FransuaMaryDelone
да-да, смешивая себя с говном.