ljusfälten

Ljusfältet är den elektromagnetiska fältfördelningen som ljuset utgör när det färdas genom rum, tid och material. Det omfattar bland annat intensitet, fas, polarisation, riktning och spektrum. Begreppet används inom klassisk optik och kvantoptik för att beskriva hur ljus sprids, interfererar och interagerar med gränser och materia. Ljusfältet kan beskrivas med Maxwell-ekvationerna eller kvantiseras som ett fältdiagram av fotoner.

Klassisk beskrivning: Ljuset uppträder som elektromagnetiska fält, vanligtvis betecknade E och B, som följer Maxwell-ekvationerna i vakuum eller i medier. Energi och rörelimpuls överförs via Poynting-vektorn S = E × H; intensitet är tidsmedelvärdet av energiflödet. Polarisation beskriver fältets svängningsriktning och hur det verkar när ljuset passerar genom eller speglar från material. Interferens och diffraktion visar hur ljusfältets struktur formas av hinder och gränser.

Kvantbeskrivning: Ljuset kan också beskrivas som ett kvantiserat elektromagnetiskt fält där energi överförs i fotoner. Inom kvantoptik studeras ljusfältets koherens, polarisation och fas i termer av kvanttillstånd. Fenomen som fotonsammanflätning och squeezed states är relevanta inom avancerad teknik.

Mätning och representation: Ljusfältet mäts i termer av intensitet, fas och polarisation. Stokes-parametrarna används för att beskriva polarisationstillståndet, medan interferometri och spektrumanalys undersöker fas och spektrum. Inom plenoptik används ljusfältinformation för att fånga riktningar och amplituder över en scen, vilket möjliggör rekonstruktion av djup- och ljusförhållanden.

Användningar: Ljusfältet är centralt inom optik, bildbehandling, mikroskopi, astronomi, lasersystem och telekommunikation. Plenoptiska metoder används för att rekonstruera scenens ljuströmmar från flera riktningar, förbättra bildkvalitet och möjliggöra djupåtergivning samt efterbearbetning av ljusfältdata.