¿Cómo se sigue el principio de Fermat de las ecuaciones de Maxwell?

Respuesta de la menor acción

Para llegar al punto aquí:

-Inicio de las ecuaciones de Maxwell en un medio con constante dieléctrica espacialmente variable, con cero fuentes.

-esto nos lleva a una ecuación de onda.

– Suponga una frecuencia única, y se obtiene una ecuación de Helmholtz.

-buscar soluciones de la forma E = Aexp (if). Aquí f es la fase eikonal.

-Tomando la variación de fase como la más rápida, se obtiene la ecuación eikonal
(grad f) ^ 2 = n (x) ^ 2 / c ^ 2, donde n es el índice y c es la velocidad de vacío
de luz Tenga en cuenta que grad f corresponde al vector de onda k aquí.

-utilice la conocida correspondencia k p, x q entre la teoría de rayos y
Mecánica hamiltoniana, para ver el Principio de Maupertuis, que establece que el camino de las partículas es el que extrema:

luego corresponde al requisito de que la trayectoria del rayo sea la que extremiza:


donde c es un factor general irrelevante establecido en la unidad. Pero …

-esto corresponde al Principio de Fermat!
QED

NB: Principio de Maupertuis El principio de Hamilton es el Principio de Hamilton
como se aplica a las rutas en lugar de las trayectorias. Dado que c es enorme, las rutas
son lo que interesa en óptica.

Principio de Fermat: la longitud del camino óptico de un rayo real entre dos puntos dados por la integral de “nds”, donde “n” es el índice de refracción y “ds” es la longitud diferencial sobre el rayo con límites de integración determinados por los dos puntos, es más corta que la longitud óptica de cualquier otra curva que une estos puntos y se encuentra en cierto vecindario.

Primero derivaremos la ecuación de rayos de la ecuación de onda y luego probaremos el principio de Fermat.

¡Lo que prueba que la longitud óptica del rayo es más pequeña que la longitud óptica en cualquier otra curva arbitraria que es el Principio de Fermat!