Mediumfysik

Mediumfysik är den gren av fysiken som studerar hur olika medier påverkar och uppträder när vågor och strålning färdas genom dem. Vanliga vågor är elektromagnetiska vågor som ljus och radiovågor, samt ljud- och seismiska vågor. Fältet undersöker hur materialens strukturella och elektroniska egenskaper bestämmer propagationshastighet, brytning, absorption och spridning.

Teoretiskt bygger mediumfysik på Maxwells ekvationer i medier och de konstitutiva relationerna mellan fält och materialparametrar. D = εE och B = μH (med möjlig ledning σE) beskriver hur elektriska och magnetiska fält svarar i materialet. Permittivitet ε och permeabilitet μ kan vara frekvensberoende och komplexa, vilket ger refraktionsindex n(ω) och komplex refraktivitet n*(ω) som beskriver fas- och amplitudändringar. Fenomen som dispersion, absorption och scattering uppkommer ur dessa relationer. I anisotropa eller icke-linjära medier blir svaret mer komplext, och inom kvantoptik behandlas ljuset ofta med kvantteoretiska modeller.

Medier klassificeras ofta som isotropa eller anisotropa, linjära eller icke-linjära, samt dispersiva och/eller förlustfyllda. Vanliga fenomen är dispersion, birefringens i anisotropa medier, samt magneto-optiska och nonlineariteffekter. Inom ljud- eller seismisk mediumfysik studeras elasticitet och densitet för att förutsäga vågornas hastighet och spridning genom olika material.

Metoder inkluderar ellipsometri och spektroskopi för optiska medier samt akustiska och seismiska mätningar. Tillämpningar finns inom fiberoptik och fotonik, materialkarakterisering, metamaterial och nya optiska medier, samt i geofysik och medicinsk bildning.