電磁波の伝達 | 透過係数

電磁波の伝達

電磁波の伝達とは、異なる特性を持つ二つの媒質の間、または一つの媒質を通して電磁波が移動する過程を指します。電磁波が二つの媒質の境界に遭遇すると、波の一部が反射され、残りの部分が第二の媒質に伝達されます。電磁波の伝達は、媒質の特性、入射角、および波の偏光など、いくつかの要因に依存します。

伝達係数

伝達係数（T）は、境界における入射電力のうち伝達される割合を表す無次元量です。これは、反射係数（R）に補完的であり、Rは境界で反射される入射電力の割合を表します。伝達と反射係数の合計は1に等しくなります：
T + R = 1

正常入射（θ_i = θ_r = 0）の場合、電場の伝達係数（振幅伝達係数とも呼ばれる）は以下の式を使用して計算できます：
T = 1 – |(n₁ – n₂) / (n₁ + n₂)|²

ここで、n₁とn₂はそれぞれ第一および第二媒質の屈折率です。非正常入射の場合、伝達係数は入射波の偏光に依存し、フレネル方程式を用いてTE（横電場）およびTM（横磁場）偏光波に対する異なる伝達係数を提供します。

電磁波の伝達の実用的応用

電磁波の伝達は、無線通信システム（ラジオ、テレビ、モバイルネットワークなど）において空気を通じたラジオ波の伝達、特定の伝達特性を持つ材料を使用した光学における窓やフィルターの作成、光ファイバーを通じた光信号の伝達、地球大気を通じた太陽放射の伝達と温室効果ガスによるその後の吸収による地球の温暖化、さらにはX線や磁気共鳴画像（MRI）などの医療画像技術における人体を通じた電磁波の伝達など、数多くの実用的応用があります。

異なる界面における伝達係数の例

• 空気からガラスへ：正常入射時に空気（n₁ ≈ 1.0003）からクラウンガラス（n₂ ≈ 1.52）へ光が移動する場合、伝達係数は約：
  T ≈ 1 – |(1.0003 – 1.52) / (1.0003 + 1.52)|² ≈ 0.961
  これは、入射光電力の約96.1%が空気-ガラス界面を通過することを意味します。
• ガラスから空気へ：クラウンガラス（n₁ ≈ 1.52）から空気（n₂ ≈ 1.0003）へ正常入射時に光が移動する場合、伝達係数は約：
  T ≈ 1 – |(1.52 – 1.0003) / (1.52 + 1.0003)|² ≈ 0.961
• 空気から水へ：正常入射時に空気（n₁ ≈ 1.0003）から水（n₂ ≈ 1.33）へ光が移動する場合、伝達係数は約：
  T ≈ 1 – |(1.0003 – 1.33) / (1.0003 + 1.33)|² ≈ 0.977
  これは、入射光電力の約97.7%が空気-水界面を通過することを意味します。
• 空気からダイヤモンドへ：正常入射時に空気（n₁ ≈ 1.0003）からダイヤモンド（n₂ ≈ 2.42）へ光が移動する場合、伝達係数は約：
  T ≈ 1 – |(1.0003 – 2.42) / (1.0003 + 2.42)|² ≈ 0.833
  これは、入射光電力の約83.3%が空気-ダイヤモンド界面を通過することを意味します。