Unabhängig vom Rechenaufwand ist Licht eine Art elektromagnetische Welle und kann daher mit den Maxwell-Gleichungen simuliert werden. Wenn wir Licht mit den Maxwell-Gleichungen simulieren wollen, müssen wir den elektrischen Feldvektor der Lichtquelle mit einer Formel ausdrücken.
Wenn die Lichtquelle polarisiert ist, ist diese Aufgabe nicht schwer, aber was ist, wenn ich natürliches Licht simulieren möchte: um genau zu sein, unpolarisiertes Licht?
Gibt es dafür eine ungefähre Formel?
Wenn das Endergebnis, das ich erzielen möchte, nur die Lichtintensität ist, kann ich dann einfach die unpolarisierte Lichtquelle durch eine polarisierte ersetzen?
Nun, um ehrlich zu sein, kam mir diese Frage in den Sinn, als ich eine Arbeit las, die Licht in einer nanometrischen optischen Sonde mit Maxwells Gleichungen simulierte und das einfallende Licht in dieser Arbeit polarisiert ist. Ich möchte nur wissen, ob es auch unpolarisiertes Licht gibt Maxwellsche Gleichungen.
Um unpolarisiertes Licht zu simulieren, müssen Sie zwei separate Simulationen mit den Maxwell-Gleichungen durchführen.
Nehmen Sie in der ersten Simulation an, dass das einfallende Licht eine gewisse Polarisation hat ( jede Polarisation ist ausreichend). Nehmen Sie in der zweiten Simulation an, dass das Licht die entgegengesetzte Polarisation hat (y ist entgegengesetzt zu x, rechtszirkular polarisiert ist entgegengesetzt zu linkszirkular polarisiert usw.).
Stellen Sie sich nun vor, dass das Licht in jedem Moment zufällig zwischen diesen beiden Simulationen hin und her wechselt, zu schnell, um es zu messen. Die Intensität für unpolarisiertes Licht ist also der Durchschnitt der Intensität in den beiden Simulationen, die optische Kraft ist der Durchschnitt der Kräfte in den beiden Simulationen usw. usw.
Weitere Einzelheiten finden Sie in dieser Antwort und den Kommentaren: https://physics.stackexchange.com/a/31975/3811
Um Ihre Frage zu beantworten, ohne sich in der Quantenmechanik zu verzetteln, können wir davon ausgehen, dass das Licht von ausreichender Intensität (*) ist oder dass wir von gewöhnlichen Radiowellen sprechen (wiederum mit ausreichender Intensität). Nun, unabhängig von der Art des Lichts wird es an jedem Punkt im Raum ein bestimmtes Licht geben Und Richtungen, so dass die Maxwell-Gleichungen trotzdem gelten.
Was bedeutet es also, dass das Licht polarisiert ist? Ich nehme es so an, dass es über eine gewisse Zeitskala und eine gewisse Entfernungsskala eine Korrelation zwischen der Richtung gibt, in die ausgerichtet ist. Mit anderen Worten, es bleibt in einem bestimmten Bereich fest oder ändert sich hochsymmetrisch (bei zirkular polarisiertem Licht). Aber mit den zuvor erwähnten Vorbehalten können Sie Ihre Zeitskala und Entfernungsskala immer klein genug wählen, dass sie korreliert bleiben - besonders wenn Sie anfangen, über Entfernungen in der Nähe der minimalen Wellenlänge des Lichts zu sprechen, über das Sie sprechen (auch wenn es nicht monochromatisch ist). . Ändern wir also unsere Definition dahingehend, dass sie über eine Entfernungsskala korreliert, die erheblich größer als die Wellenlänge ist, dh . Grob gesagt eine große Kohärenzlänge .
Aber um Ihre Frage zu beantworten, nein, Sie können es gut simulieren.
(*) Der Extremfall ist hier Laserlicht. siehe Speckle .
Ja, Maxwells Gleichungen beschreiben jede Ausbreitung von beliebigem Licht für praktisch alle technischen Anwendungen, die man sich vorstellen kann.
Sie können nicht verwendet werden, wenn es um niedrige Intensitäten geht, dh auf der Einzel- oder Wenig-Photonen-Ebene.
Auch die Lichterzeugung lässt sich nicht immer durch die Maxwellsche Gleichung beschreiben (z. B. Wärmestrahlung, spontane und stimulierte Emission). Dazu ist die Quantenmechanik notwendig.
löwenbrits