Æí±¤ ¹æÇâ¿¡ ¶§¶ó ÁøÇà¼Óµµ°¡ ´Ù¸¦ ¼ö ÀÖ´Ù.
¾ÕÀÇ ¹æÁ¤½ÄÀº À¯Àüü¿¡¼ ºûÀÌ ÀüÆÄµÉ ¶§ Àü±âÀåÀÌ ¸¸Á·ÇÏ´Â Æĵ¿¹æÁ¤½ÄÀÌ´Ù. ¹°ÁúÀÌ µî¹æÀûÀ̶ó¸é $\boldsymbol{\chi}$°¡ ½ºÄ®¶ó °ªÀÌ µÇ¾î º¸ÅëÀÇ Æĵ¿¹æÁ¤½ÄÀ¸·Î ȯ¿øµÈ´Ù. À̶§ÀÇ ÀüÆļӵµ´Â \[ v = \frac{c}{\sqrt{1+\chi}} \] µû¶ó¼ $\sqrt{1+\chi}$´Â ¹°ÁúÀÇ ±¼Àý·ü¿¡ ÇØ´çÇÑ´Ù.
ÇÑÆí, ºñµî¹æÀûÀÎ ¹°ÁúÀ̶ó¸é »óȲÀÌ Á»´õ º¹ÀâÇØÁø´Ù. $e^{i (\mathbf{k} \cdot \mathbf{r} - \omega t) }$ÀÇ Æò¸éÆÄ°¡ ÁøÇàÇÒ ¶§ÀÇ Æĵ¿ÀÌ ÇൿÇÏ´Â °ÍÀ» »ìÆ캸±â À§ÇØ À̸¦ ¾ÕÀÇ Æĵ¿¹æÁ¤½Ä¿¡ ´ëÀÔÇØ º¸¸é, \[ \begin{equation} \label{eq7} \mathbf{k} \times ( \mathbf{k} \times \mathbf{E}) + \frac{\omega^2}{c^2} (1+ \boldsymbol{\chi})\mathbf{E} = 0 \end{equation} \] ÀÌ´Ù. $\boldsymbol{\chi}$°¡ ÅÙ¼À̹ǷΠ¿©´À º¤ÅÍ ¹æÁ¤½Ä°ú´Â ¾ç»óÀÌ ´Ù¸£´Ù.
ÇÑ ¹æÇâÀ¸·Î ÁøÇàÇÏ´Â ºû¿¡ ´ëÇÑ °í·Á
ÀÌ ½ÄÀ» ¸¸Á·ÇÏ´Â Æĵ¿ÀÇ Æ¯¼ºÀ» ¾Ë¾Æº¸±â À§ÇØ ¿ì¼± $x$ ¹æÇâÀ¸·Î ÁøÇàÇÏ´Â Æò¸éÆĸ¦ °í·ÁÇØ º¸ÀÚ. Áï $\mathrm{k}$´Â $x$ ¼ººÐ $k$¸¸ °¡Áö°í ÀÖÀ¸¹Ç·Î À§ ½ÄÀº \[ \eqalign{ \frac{\omega^2}{c^2} E_x &=& - \frac{\omega^2}{c^2} \chi_{x} E_x, \\ \left( - k^2 + \frac{\omega^2}{c^2} \right) E_y &=& - \frac{\omega^2}{c^2} \chi_{y} E_y, \\ \left( - k^2 + \frac{\omega^2}{c^2} \right) E_z &=& - \frac{\omega^2}{c^2} \chi_{z} E_z } \] ÀÌ´Ù. ù° ½ÄÀº $E_x = 0$ÀÓÀ» ³ªÅ¸³»¹Ç·Î ȾÆÄÀÇ Æ¯¼ºÀ» ±×´ë·Î °¡Áö°í ÀÖ´Â °ÍÀ» ¾Ë ¼ö ÀÖ°í, ¸¸ÀÏ $E_y \neq 0$À̸é $k=\frac{\omega}{c} \sqrt{1+\chi_y} = \frac{\omega}{c} n_y$ÀÌ´Ù. ±×¸®°í $E_z \neq 0$À̸é $k=\frac{\omega}{c} \sqrt{1+\chi_z} = \frac{\omega}{c} n_z$ÀÌ´Ù. µû¶ó¼ $y$ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÈ ºûÀÇ ¼Ó·ÂÀº $\frac{c}{n_y}$, $z$ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÈ ºûÀǼӷÂÀº $\frac{c}{n_z}$ À̶ó´Â °ÍÀ» ¾Ë ¼ö ÀÖ´Ù.
Æĺ¤ÅÍÀÇ ÀϹÝÀûÀÎ °ü°è
ÀÌÁ¦ ÀϹÝÀûÀÎ ¼ºÁúÀ» ¾Ë¾Æº¸±â À§ÇØ \eqref{eq7} ½ÄÀ» $x, y, z$ÀÇ °¢ ¼ººÐ½ÄÀ¸·Î ³ª´©¾î ´ÙÀ½Ã³·³ Çà·Ä °ü°è½ÄÀ¸·Î Ç¥½ÃÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. \[ \begin{equation} \label{eq8} \left[\array{ (n_x \omega/c)^2 - k_y^2 - k_z^2 & k_x k_y & k_x k_z \\ k_y k_x & (n_y \omega/c)^2 - k_x^2 - k_z^2 & k_y k_z \\ k_z k_x & k_z k_y & (n_z \omega/c)^2 - k_x^2 - k_y^2 } \right] \left[\array{ E_x \\ E_y \\ E_z } \right] = 0. \end{equation} \] ¿©±â¼ \[ \eqalign{ n_x &=& \sqrt{1+\chi_x}, \\ n_y &=& \sqrt{1+\chi_y}, \\ n_z &=& \sqrt{1+\chi_z} \\ } \] ·Î µÎ¾ú´Ù.
À§ ½ÄÀº ¿¬¸³¹æÁ¤½Ä ÇüÅÂÀÎ µ¥ À̸¦ ¸¸Á·ÇÏ´Â Àü±âÀåÀÇ ¼¼ ¼ººÐ $E_x, E_y, E_z$ ¸ðµÎ°¡ 0 ÀÌ ¾Æ´Ñ ÀǹÌÀÖ´Â ÇØ°¡ Á¸ÀçÇϱâ À§Çؼ´Â ¾ÕÀÇ Çà·ÄÀÇ Çà·Ä½Ä(determinent)ÀÌ 0 ÀÌ µÇ¾î¾ß ÇÑ´Ù. \[ \left|\array{ (n_x \omega/c)^2 - k_y^2 - k_z^2 & k_x k_y & k_x k_z \\ k_y k_x & (n_y \omega/c)^2 - k_x^2 - k_z^2 & k_y k_z \\ k_z k_x & k_z k_y & (n_z \omega/c)^2 - k_x^2 - k_y^2 } \right| = 0 \] ÀÌ´Â $k_x, k_y, k_z$ÀÇ 3Â÷¿ø ¿µ¿ª¿¡¼ ÇϳªÀÇ Á¶°ÇÀÌ ºÎ°úµÈ °ÍÀ̹ǷΠ±âº»ÀûÀ¸·Î Ç¥¸éÀÇ ¹æÁ¤½ÄÀÌ µÈ´Ù. Áï $\omega$°¡ ÀÏÁ¤ÇÑ ´Ü»ö±¤¿¡¼ ÀÌ ½ÄÀ» ¸¸Á·Çϴ ƯÁ¤ÇÑ $\mathbf{k}$´Â ÀÌ °ø°£¿¡¼ °î¸é À§ÀÇ ÇÑ °ªÀ» °¡Áú ¼ö ¹Û¿¡ ¾ø´Ù.
´ÙÀ½ ÆäÀÌÁöÀÇ Æĺ¤ÅÍ Ç¥¸éÀ» »ý¼º½ÃÅ°´Â ÇÁ·Î±×·¥Àº ÀÌ ½ÄÀ¸·ÎºÎÅÍ »ý¼º½ÃŲ °ÍÀÌ´Ù. ÀϹÝÀûÀ¸·Î Ç¥¸éÀº µÎ °ãÀ¸·Î °ãÃÄ ÀÖÀ¸³ª ¸¶Ä¡ ÇϳªÀÇ ÁÙÀÌ µÎ ¹ÙÄû °¨°Ü ÀÖ´Â °Íó·³ °è¼Ó ºÎµå·´°Ô ¿¬°áµÇ¾î ÀÖ°í ¶ÇÇÑ °ãÃÄÁ® ÀÖ´Â ÁöÁ¡ÀÌ ¼·Î ¹Ý´ë ¹æÇâÀ» ½ÖÀ¸·Î ÇÏ¿© µÎ °³³ª ³× °³ ÁÖ¾îÁ® ÀÖ¾î Çϳª³ª µÑÀÇ ±¤ÃàÀ» ¸¸µé°Ô µÈ´Ù. (´ÙÀ½ ÆäÀÌÁöÀÇ ÇÁ·Î±×·¥¿¡¼´Â ÆíÀÇ»ó ¹Ù±ù°ú ¾ÈÀÇ Ç¥¸éÀÇ »öÀ» ´Þ¸®ÇÏ¿© Ç¥½ÃÇÏ¿© ¸Å²ô·´°Ô À̾îÁ® ÀÖÁö ¾ÊÀº °Íó·³ º¸À̳ª ½ÇÁ¦·Î´Â Á¢Á¡¿¡¼ ±³Â÷ÇÏ´Â ÇüÅ°¡ µÈ´Ù)
ÀÌ °î¸éÀÌ ¶æÇÏ´Â °ÍÀ» Àß ÀÌÇØÇϱâ À§ÇØ ¿ì¼± ¼Ò±Ý°ú °°ÀÌ µî¹æ¼º(isotropic) °áÁ¤À̰ųª À¯¸®¿Í °°ÀÌ °íü¸¦ Çü¼ºÇÏ´Â µ¥ ÀÏÁ¤ÇÑ ¹æÇ⼺ÀÌ ¾ø´Â Æò¹üÇÑ ¹°Áú·Î ´Ù½Ã µÇµ¹¾Æ°¡¼ »ý°¢ÇØ º¸ÀÚ. ÀÌ °æ¿ì´Â Àü±â°¨¼öÀ² $\boldsymbol{\chi}$Àº ÅÙ¼°¡ ¾Æ´Ï¹Ç·Î ÁÖÃà¿¡ ´ëÇÑ ¼¼ °ªÀÌ °°Àº °ªÀÌ´Ù. $n = \sqrt{1+\chi}$À̶ó ÇÑ´Ù¸é À§ ½ÄÀº ´ÙÀ½ÀÇ Æò¹üÇÑ ¹æÁ¤½ÄÀ¸·Î µÇµ¹¾Æ°£´Ù. \[ \left( \frac{n\omega}{c} \right)^2 = k^2 \] ÀÌ´Â $\mathbf{k}$ÀÇ 3Â÷¿ø °ø°£¿¡¼ ¹Ý°æÀÌ $n\omega/c$ÀÎ ±¸¸éÀÌ µÇ¾î $\mathbf{k}$°¡ ¾î´À ¹æÇâÀ¸·Î ÇâÇÏ´õ¶óµµ °°Àº ´ÜÀÏ °ªÀ» °®´Â´Ù´Â °ÍÀ» ¸»ÇÑ´Ù. Áï $\omega$ÀÎ ºûÀº ÁøÇàÇÏ´Â ¹æÇâ¿¡ °ü°è¾øÀÌ °°Àº Å©±âÀÇ $k$¸¦ °®°Ô µÇ°í, µû¶ó¼ ƯÁ¤ÇÑ ¹æÇ⼺ÀÌ ¾ø´Ù.
ÇÑÆí ºñµî¹æ¼º ¹°ÁúÀÇ °æ¿ì $\mathbf{k}$°¡ ¸¸Á·ÇÏ´Â °ªÀº ÀÌ¿Í´Â ´Þ¸® º¸Åë µÎ °³ÀÇ °ªÀÌ µÉ ¼ö ÀÖ´Ù. Áï ƯÁ¤ÇÑ ÇÑ ¹æÇâÀ¸·Î ÇâÇÏ´Â ºûÀÌ °¡Áú ¼ö ÀÖ´Â $k$¸¦ À§ Çà·Ä½ÄÀÌ 0 ÀÌ µÇ´Â Á¶°Ç¿¡¼ ±¸Çϸé ÀϹÝÀûÀ¸·Î µÎ °³ÀÇ ¼·Î ´Ù¸¥ °ªÀ» °¡Áö°Ô µÇ´Â °ÍÀÌ´Ù. µû¶ó¼ ´Ü¼øÇÑ ±¸¸éÀÌ ¾Æ´Ï¶ó ´õ º¹ÀâÇÑ °î¸éÀÌ µÎ °³ °ãÃÄÁø ÇüŸ¦ º¸ÀδÙ.
°î¸éÀÇ ¸ð¾çÀ» Àß ÀÌÇØÇϱâ À§ÇØ ¸î¸î Ưº°ÇÑ »óȲ¿¡ ´ëÇØ ¸ÕÀú °í·ÁÇØ º¸ÀÚ.
Æĺ¤ÅÍÀÇ ÇÑ ¼ººÐ¸¸ 0 ÀÌ ¾Æ´Ñ °æ¿ì - ÇÑ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÈ ºûÀÇ ¿¹
¾î¶² ºûÀÌ $x$ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÇ´Â °æ¿ì $E_x$¸¸ ÀÖ°í ³ª¸ÓÁö ¼ººÐÀº 0 ÀÌ µÈ´Ù. µû¶ó¼ ÀÌ °æ¿ì¶ó¸é ¾ÕÀÇ \eqref{eq8} ½ÄÀº \[ \left[\array{ \{(n_x \omega/c)^2 - k_y^2 - k_z^2\} E_x \\ k_y k_x E_x \\ k_z k_x E_x } \right] = 0 \] ÀÌ µÈ´Ù. À̸¦ ¸¸Á·ÇÏ´Â ÀûÀýÇÑ ÇØ´Â $k_x=0$, $k=n_x\omega/c$ÀÌ´Ù. µû¶ó¼ ÀÌ´Â $y-z$ Æò¸é À§¿¡¼ ¾Æ¹« ¹æÇâÀ¸·Î³ª ÁøÇàÇÒ ¼ö ÀÖÀ¸¸ç, ±× ÀüÆļӵµ´Â $v = \omega/k = c/n_x$°¡ µÇ¾î¾ß ÇÑ´Ù. Áï, $n_x$´Â $x$ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÈ ºûÀÌ °®´Â ´Ü ÇϳªÀÇ ±¼Àý·üÀÓÀ» ¾Ë ¼ö ÀÖ´Ù. ÀÌ´Â $x$ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÈ ºûÀº $y-z$ Æò¸é À§ÀÇ ¾î´À ¹æÇâÀ¸·Î ÇâÇÏ´õ¶óµµ ±× ±¼Àý·üÀº ÀÏÁ¤ÇÏ´Ù´Â °ÍÀ» ¸»ÇÑ´Ù. µû¶ó¼ Æĺ¤ÅÍ Ç¥¸éÀº $y-z$ Æò¸é À§¿¡¼ ¿øÀ» ÀÌ·ç´Â °ÍÀÌ ÀÖ°Ô µÇ°í ÀÌ°ÍÀÌ $x$ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÈ ºû¿¡ ÇØ´çÇÏ´Â °ÍÀÌ´Ù. ºñ½ÁÇÏ°Ô $E_y, E_z$ µî¿¡ ´ëÇØ °í·ÁÇØ º¸¸é, Æĺ¤ÅÍ Ç¥¸éÀÌ $x-z$, $y-z$ Æò¸é°ú ¸¸³ª´Â °î¼± ÁßÀÇ Çϳª´Â ¿øÀÌ µÈ´Ù´Â °ÍÀ» ¸» ¼ö ÀÖ´Ù. ÀÌµé ¿øÀÇ ¹Ý°æÀº °¢°¢ $n_x\omega/c$, $n_y\omega/c$, $n_z\omega/c$ÀÌ´Ù.
Æĺ¤ÅÍÀÇ ÇÑ ¼ººÐÀÌ 0 ÀÎ °æ¿ì
Ç¥¸éÀÇ ±¸Á¶¸¦ ´õ ¾Ë¾Æº¸±â À§ÇØ ÀÌÁ¦ $k_x=0$ÀÎ °æ¿ì¸¦ »ý°¢ÇØ º¸ÀÚ. À̷κÎÅÍ Æĺ¤ÅÍ Ç¥¸éÀÌ $y-z$¿Í ¸¸³ª´Â °î¼±ÀÇ ÇüŸ¦ ¾Ë ¼ö ÀÖ°Ô µÈ´Ù. ¾ÕÀÇ Çà·Ä½Ä¿¡ $k_x=0$¸¦ ´ëÀÔÇϸé \[ \left[\left(\frac{n_x\omega}{c} \right)^2 - k_y^2-k_z^2 \right] \left[ \left\{ \left(\frac{n_y\omega}{c} \right)^2 -k_z^2 \right\} \left\{ \left(\frac{n_z\omega}{c} \right)^2 -k_y^2 \right\} -k_y^2 k_z^2 \right] = 0 \] ÀÌ´Ù. ÀÌ ¹æÁ¤½ÄÀÇ °öÀÌ ¿µÀÌ µÇ¾î¾ß ÇϹǷΠóÀ½ÀÇ ´ë°ýÈ£ $[\cdots]$ ¼ÓÀÇ ÀÎÀÚ°¡ ¿µÀÌ µÇ´Â °æ¿ì¿Í µÚÀÇ ´ë°ýÈ£ ¼ÓÀÇ ÀÎÀÚ°¡ ¿µÀÌ µÇ´Â µÎ °³ÀÇ ÇØ°¡ ÀÖ´Ù. ¾ÕÀÇ °æ¿ì´Â ¹Ý°æÀÌ $n_x\omega/c$ÀÎ ¿øÀÌ µÇ¾î ¾Õ¿¡¼ Ãë±ÞÇÑ $x$ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÈ ºû¿¡ ´ëÇÑ °ÍÀÌ´Ù. µÎ ¹ø°ÀÇ °æ¿ì´Â \[ \left[ \frac{k_y}{\left(\frac{n_z\omega}{c}\right)} \right]^2 + \left[ \frac{k_z}{\left(\frac{n_y\omega}{c}\right)} \right]^2 = 1 \] ÀÌ µÇ¾î Ÿ¿øÀÌ µÈ´Ù.
¾Æ·¡ ±×¸²Àº Æĺ¤ÅÍ Ç¥¸éÀÌ $x-y, y-z, z-x$ ¸é°ú ¸¸³ª´Â ±ËÀûÀ» ±×·Á¼ ÀÌ Ç¥¸éÀÇ Àü¸ð¸¦ ÆľÇÇÏ°Ô ÇØ ÁØ´Ù. ±×¸²¿¡¼´Â °ü·ÃµÈ ºûÀÇ Æí±¤»óŵµ °°ÀÌ ³ªÅ¸³½´Ù. Æĺ¤ÅÍ Ç¥¸éÀÌ °¢ ¸é°ú ¸¸³ª´Â ±ËÀûÀÇ Çϳª´Â ¿øÀÌ°í ´Ù¸¥ Çϳª´Â Ÿ¿øÀÌ´Ù.
graphic |
|
Æĺ¤ÅÍ °ø°£¿¡¼ÀÇ Æí±¤_ °¢°¢ÀÇ Ãà¿¡ ´ëÇÑ ±¼Àý·ü $n_x, n_y, n_z$°¡ ÁÖ¾îÁ³À» ¶§ ºûÀÌ °¡Áú ¼ö ÀÖ´Â Æĺ¤ÅÍ $\mathbf{k}$¿Í ÀÌ¿¡ ÇØ´çÇÏ´Â ºûÀÇ Æí±¤»óŸ¦ º¸¿©ÁÖ°í ÀÖ´Ù. óÀ½ ȸ鿡¼´Â $k_x-k_y$ Æò¸éº¸±â°¡ ¼±ÅõǾî ÀÖ°í, À̶§ÀÇ Æí±¤»óÅÂ¿Í $\mathbf{k}$ÀÇ ¹æÇâ, Áï ÁøÇà¹æÇâ¿¡ µû¶ó $\mathbf{k}$ÀÇ Å©±â¸¦ º¸¿©ÁØ´Ù. ÀÌµé ±ËÀûÀº °¢°¢ ¿ø°ú Ÿ¿øÀ¸·Î ƯÈ÷ $z$ ¹æÇâÀ¸·Î Æí±¤µÈ °æ¿ì¿¡´Â $k$ÀÇ °ªÀÌ ÀÏÁ¤ÇÑ ¿øÀ¸·Î ¼Ó·ÂÀÌ ÀÏÁ¤ÇÔÀ» ¾Ë ¼ö ÀÖ´Ù. $k$´Â $\frac{\omega}{c}$¸¦ ´ÜÀ§·Î ÇÏ¿© ÁÂÇ¥Ãà¿¡ 0.5 °£°ÝÀ¸·Î ´«±ÝÀ» ¸Å°Ü ³ªÅ¸³»¾ú´Ù.
|
_ °áÁ¤_ Æĵ¿¹æÁ¤½Ä_ ºûÀÇ Æí±¤_ Æí±¤»óÅÂ_ Æò¸éÆÄ_ Àü±âÀå_ ±¼Àý·ü_ °íü_ ȾÆÄ
|