![]() КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
ЛЕКЦИЯ №6. Оптикой называется раздел физики, занимающийся изучением природы светы, закономерностей его испускания
ВОЛНОВАЯ И КВАНТОВАЯ ОПТИКА. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА.
Оптикой называется раздел физики, занимающийся изучением природы светы, закономерностей его испускания, распространения и взаимодействия с веществом. В волновой оптике рассматриваются оптические явления, в которых проявляется волновая природа света. Свет – это электромагнитная волна, т.е. при распространении света в среде или в вакууме происходит распространение колебаний напряженности электрического поля
Интерференция света.
Интерференция света – явление наложения двух (или нескольких) когерентных волн, в результате чего происходит пространственное перераспределение светового потока, приводящее к возникновению максимумов и минимумов интенсивности. Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и не меняющуюся со временем разность фаз Δφ. Результат наложения когерентных световых волн, наблюдаемый на экране, фотопластинке и т.д., называется интерференционной картиной. При наложении некогерентных световых волн происходит только усиление света и интерференция не наблюдается. Рассмотрим два когерентных источника S1 и S2, расположенных на расстоянии d друг от друга (рис.6.2). Интерференция наблюдается в некоторой произвольной точке A экрана, параллельного обоим источникам и расположенного на расстоянии l от них, причем l>>d. Интенсивность света в произвольной точке A определяется оптической разностью хода Δ. Оптическая разность хода равна произведению показателя преломления среды n на геометрическую разность хода s:
где:
В зависимости от того сколько длин полуволн (четное или нечетное их число) укладывается в данной среде на отрезке, равном геометрической разности хода, в точке A будет наблюдаться максимум или минимум интенсивности. Условие максимума интерференции когерентных волн:
Условие минимума интерференции когерентных волн:
При наблюдении интерференции в монохроматическом свете с определенной длиной волны, интерференционная картина на экране представляет собой чередование светлых и темных мест. Интерференционная картина в белом свете является окрашенной, поскольку каждая составляющая белого света с длиной волны λ дает усиления и ослабления в своих местах на экране. Для интерференции света необходимо, чтобы световые волны были когерентны. Существуют различные методы получения когерентных источников: метод Юнга, заключающийся в расщеплении волны, испускаемой одним источником света, на две или несколько волн; метод зеркал Френеля, состоящий в разделении пучка света от одного точечного источника на два пучка при помощи двух зеркал, поставленных друг к другу под углом, близким к 180°. Наблюдается интерференция и при падении света на тонкую пленку постоянной толщины. В этом случае получение когерентных источников осуществляется за счет того, что падающий свет отражается верхней и нижней поверхностями пленки. При этом оптическая разность хода лучей, отраженных от верхней и нижней поверхностей равна:
Здесь d – толщина пленки, n – показатель преломления пленки, β – угол преломления луча, падающего на верхнюю поверхность пленки. Одним из примеров интерференции в тонких пленках переменной толщины являются кольца Ньютона – чередующиеся темные и светлые кольца. Кольца Ньютона – интерференционная картина, которая образуется в простейшем случае на плосковыпуклой линзе, соприкасающейся с плоскопараллельной пластиной (рис.6.3). Луч 1, дважды прошедший воздушный зазор толщиной d, в точке С интерферирует с лучом 2. Оптическая разность хода интерферирующих лучей равна:
Дифракция света Дифракцией света называется огибание световыми волнами встреченных препятствий (явление переноса энергии волной в область геометрической тени). В более широком смысле дифракцией света называется совокупность явлений, обусловленных волновыми свойствами света и наблюдаемых при его распространении в среде с резко выраженными неоднородностями (отверстия в непрозрачных экранах, границы непрозрачных тел и т.д.). Явление дифракции указывает на нарушение законов геометрической оптики. Для расчета дифракционной картины применяются приближенные методы, основанные на принципах Гюйгенса и Гюйгенса — Френеля. Принцип Гюйгенса позволяет найти положение фронта волны в момент времени t+Δt, зная его положение в предыдущий момент времени t. Принцип заключается в следующем: каждая точка S1 S2,..., Sn фронта волны АВ является источником вторичных волн. Новое положение фронта волны А1В1 через время Δt представляет собой огибающую поверхность вторичных волн (рис. 6.4). Принцип Гюйгенса — Френеля указывает на способ расчета амплитуды волны, огибающую вторичные волны: все вторичные источники S1 S2,..., Sn, расположенные на поверхности фронта волны, когерентны между собой. Амплитуда и фаза волны в любой точке пространства — это результат интерференции волн, излучаемых вторичными источниками. В качестве препятствий, огибаемых волной, могут служить щели в непрозрачных экранах. Так если на непрозрачный экран A, в котором прорезана узкая щель ВС, шириной a и длиной L>>b, падает перпендикулярно к экрану пучок параллельных лучей монохроматического света, то на экран Э, удаленном от щели на расстояние l, будет наблюдаться дифракционная картина – совокупность темных и светлых полос. Усиление света (дифракционные максимумы) при дифракции на узкой щели наблюдается под углами φ, удовлетворяющими условию:
Условие дифракционного минимума для дифракционной решетки:
Число k называется порядком дифракционного максимума или минимума. Совокупность большого числа параллельных щелей равной толщины, разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками, называется дифракционной решеткой. Величина d=a+b называется постоянной (периодом) дифракционной решетки.
Поляризация света. Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Световая волна, излучаемая телом, в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора – вектора напряженности Поляризацией света называется выделение линейно поляризованного света из естественного света. Для преобразования естественного света в поляризованный свет используют специальные устройства, называемые поляризаторами. Интенсивность света, прошедшего поляризатор (IП) связана с интенсивностью I0 естественного света, падающего на поляризатор соотношением:
Убедиться в том, что свет, прошедший через поляризатор, оказывается плоскополяризованным, позволяет анализатор — устройство, с помощью которого можно обнаружить положение плоскости, в которой происходят колебания вектора
IП – интенсивность света, прошедшего поляризатор, IА – интенсивность света, прошедшего поляризатор и анализатор, φ – угол между плоскостями поляризатора и анализатора. Поляризация света возможна, также, при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков (рис.6.7). Если свет падает на границу раздела двух сред под углом iБ, определяемым
То отраженный луч является полностью поляризованным. Преломленный же луч поляризуется максимально, но не полностью. При этом:
В (6.11) и (6.12) n1, n2 – показатели преломления сред, iБ – угол падения, β – угол преломления.
Дисперсия света Дисперсией света называется явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества n от частоты ν падающего на вещество света (или от длины волны в вакууме λ0=с/ν, где с — скорость света в вакууме):
Так как n=c/υ, то дисперсию света моно определить как явление зависимости скорости распространения световой волны в веществе от ее частоты:
Где λ′ – длина волны рассеянного излучения, λ – длина волны падающего излучения. Величина Δλ не зависит от длины волны падающего излучения и природы рассеивающего вещества, а определяется только углом рассеяния θ:
λC – комптоновская длина волны. Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например, протонах, однако из-за большой массы протона его отдача «просматривается» лишь при рассеянии фотонов очень высоких энергий. Эффект Комптона, как и фотоэффект на основе квантовых представлений обусловлены взаимодействием фотонов с электронами. В первом случае фотон рассеивается, во втором поглощается.
Дата добавления: 2013-12-14; Просмотров: 343; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |