光のモーダル理論・光理論

モード理論と光線理論は、光やその他の電磁波の伝送に関わる2つの概念である。これらの理論は、無線通信、データ通信、光ファイバー、レーザーなどの分野を理解するのに重要である。アイザック・ニュートンやジェームズ・クラーク・マクスウェルといった著名な科学者が、光をはじめとする電磁波の研究に多大な貢献をしています。これらの理論は、光の仕組みや光の性質を理解する上で大きな助けとなる。

光線理論

この光線は、しばしば細い光線と呼ばれる。古典的な光の理論、あるいは幾何光学と呼ばれるものである。この光線理論は、屈折や反射といった光の特性のうち、限られたものだけを記述するものである。光線は、光の波面に垂直な直線または曲線と定義することができます。この光線の定義により、光線は波動ベクトルと事実上共線になります。光の屈折は、光線という言葉で表現することができます。光線の基本的な性質は、2つの媒体の界面で曲がることです。これらの媒体の屈折率によって、曲げられる角度が決まります。光学系（望遠鏡、顕微鏡、単純なレンズ系など）の像倍率や距離などの簡単な計算は、ほとんど光の理論で行われます。

モーダル理論

光通信では、光の伝搬に関するモード理論が重要な役割を担っています。光のモード理論を理解するためには、まずモードという言葉を理解する必要がある。モードとは、定在波の研究に用いられる用語である。定在波は、同じ周波数と振幅を持ち、方向が反対の2つの波が干渉しあうことで発生します。定在波は、どちらの方向にも正味のエネルギー移動がない。定在波のモードは、定在波内のループの数で与えられます。光ファイバー領域では、ファイバー柱の両側から反射する波によってモードが発生する。定在波が発生すると、信号が途絶えることになる。そのため、ファイバー内部に存在できるモードの数が制限され、ファイバーを通して送信できる周波数の数が制限されます。これはチャネルの帯域幅です。モード理論では、光のゆらぎ理論に基づき、回折や干渉などの現象を説明します。

光のモード理論と光の理論の違いについて