Скачать презентацию Дифракция света Дифракция света совокупность явлений, Дифракция Скачать презентацию Дифракция света Дифракция света совокупность явлений, Дифракция

дифракция и поляризация.ppt

  • Количество слайдов: 26

Дифракция света Дифракция света

Дифракция света совокупность явлений, Дифракция возникающих при прохождении света вблизи границ с резкими света Дифракция света совокупность явлений, Дифракция возникающих при прохождении света вблизи границ с резкими света неоднородностями лат. diffractus – разломанный, переломанный Проявления дифракции: волны заходят в область геометрической тени огибание световыми волнами препятствий При условии размеры препятствий сравнимы с длиной волны дифракция выражена наиболее сильно Виды дифракции дифракция Френеля в расходящихся лучах (сферических волн) дифракция Фраунгофера в параллельных лучах (∞ удаленный источник)

Объяснение явления дифракции Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона но объяснить Объяснение явления дифракции Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным Томас Юнг Первое качественное объяснение явления дифракции Огюсте н Жан Френе ль Независимо Количественная теория от Т. Юнга дифракционных явлений 1818 г. В основе теории Френеля принцип Гюйгенса. Френеля на основе волновых представлений принцип Гюйгенса, дополненный идеей об интерференции вторичных волн Каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн Все вторичные источники на поверхности фронта волны, когерентны между собой Амплитуда и фаза волны в любой точке пространства – результат интерференции волн, излучаемых вторичными источниками 1629 -1695 Нидерланды Исаак Ньютон (1642 -1727 Англия) Томас Юнг (1773 -1829 Англия) Огюсте н Жан Френе ль (1788 -1827 Франция) Христиан Гю йгенс ван Зёйлихем

Волновой принцип Гюйгенса • Каждая точка пространства, до которой доходит фронт волны, становится точечным Волновой принцип Гюйгенса • Каждая точка пространства, до которой доходит фронт волны, становится точечным источником света, излучающим сферическую волну • Огибающая всех вторичных волн представляет собой фронт действительно распространяющейся волны Вторичные волны когерентные Огибающая (новый волновой фронт) Первичный волновой фронт явление дифракции объясняет лишь КАЧЕСТВЕННО

Дополнения Френеля к принципу Гюйгенса 1. Вторичные источники не точечные, а элементы фронта волны Дополнения Френеля к принципу Гюйгенса 1. Вторичные источники не точечные, а элементы фронта волны площадью d. S 2. Вторичные источники d. S – когерентные и результат их действия на точку Р есть результат их интерференции 3. Площадка фронта волны d. S создает в точке P напряженность ЭП: d. E ~ d. S d. E ~ A 0 d. E ~ α d. E ~ 1/r A 0 – амплитуда световой волны в месте, где находится площадка α – угол между нормалью к площадке d. S и направлением на точку P r – расстояние от площадки d. S до точки P Принцип Гюйгенса-Френеля позволяет объяснить дифракцию КОЛИЧЕСТВЕННО и решить любую задачу на дифракцию света

Дифракция Френеля Дифракция в расходящихся световых пучках, когда дифракционная картина наблюдается на конечном расстоянии Дифракция Френеля Дифракция в расходящихся световых пучках, когда дифракционная картина наблюдается на конечном расстоянии от препятствия 1. Дифракция от круглого отверстия Границы зон в плоскости отверстия Разобьем открытую часть волновой поверхности на зоны Френеля

Результат действия зон Френеля Действие зоны ↓ при ↑ угла между к поверхности зоны Результат действия зон Френеля Действие зоны ↓ при ↑ угла между к поверхности зоны и направлением к точке наблюдения A 1>A 2>A 3>…>Аm Расстояния от соседних зон до точки наблюдения Р отличаются на λ/2 колебания от точек двух соседних зон приходят в т. P в противофазе A=А 1 -A 2+A 3 -А 4+A 5 -A 6 … Если открыты все зоны Френеля действие всей волновой поверхности эквивалентно Объяснение прямолинейности распространения света половине действия центральной зоны оценка размера ~1 мм, если центральной зоны SP=1 м Френеля:

Результат действия зон Френеля Количество открытых зон Френеля свободный фронт одна две четное нечетное Результат действия зон Френеля Количество открытых зон Френеля свободный фронт одна две четное нечетное Например, открыты три зоны: 1, 3, 5 Амплитуда и интенсивность в центре дифракционной картины А 0=½А 1 I 0=¼I 1 А=A 1=2 А 0 I=4 I 0 А=A 1 -А 2=0 A=0 I=4 I 0=0 Действие всей волны – половина действия первой зоны Объяснение прямолинейности распространения света темное пятно БОЛЬШЕ, чем при свободном распространении волны, фокусировка А=6 A 0 выполняется условие min интерференции выполняется условие max интерференции I=36 I 0 Амплитуда результирующего колебания «+» m – нечетные «-» m – четные m – четное m – нечетное

Дифракция Френеля 2. Дифракция от диска пятно Пуассона (1818 г. ) D D мал Дифракция Френеля 2. Дифракция от диска пятно Пуассона (1818 г. ) D D мал в центре всегда наблюдается интерференционный max (светлое пятно) D ↑ первая открытая зона Френеля удаляется от центра и увеличивается угол т D велик А=½А 1 интенсивность центрального max ↓ за центральным max наблюдается тень, вблизи границ которой имеет место слабая дифракционная картина дифракцией света можно пренебречь и считать свет распространяющимся прямолинейно

Результат действия зон Френеля Интенсивность в max ↓ с расстоянием от центра объяснение прямолинейности Результат действия зон Френеля Интенсивность в max ↓ с расстоянием от центра объяснение прямолинейности распространения света Немонохроматичность света Освещение белым светом кольца окрашены Зависимость от диаметра отверстия D велик Аm<

Дифракция на одной щели собирающая линза экран Если в щели укладывается НЕЧЕТНОЕ число зон Дифракция на одной щели собирающая линза экран Если в щели укладывается НЕЧЕТНОЕ число зон Френеля N=2 k+1 k=1, 2, 3, … в точке Р будет наблюдаться МАКСИМУМ Если в щели укладывается ЧЕТНОЕ число зон Френеля N=2 k k=1, 2, 3, … в точке Р будет наблюдаться МИНИМУМ

Дифракционная решетка Совокупность большого числа одинаковых щелей, расположенных друг от друга на одинаковом расстоянии Дифракционная решетка Совокупность большого числа одинаковых щелей, расположенных друг от друга на одинаковом расстоянии d – постоянная (или период) дифракционной решетки Уравнение главных МАКСИМУМОВ k=1, 2, 3, … с ↑ числа щелей в дифракционной решетке: • амплитуды добавочных max ↓ • угловая ширина центрального max ↓

Обратите внимание! Условие максимума дифракционной решетки аналогично условию минимума для щели Обратите внимание! Условие максимума дифракционной решетки аналогично условию минимума для щели

Дифракционная решетка как спектральный прибор Основные характеристики спектрального прибора Дисперсия определяет угловое или линейное Дифракционная решетка как спектральный прибор Основные характеристики спектрального прибора Дисперсия определяет угловое или линейное расстояние между двумя спектральными линиями Угловая дисперсия численно равна углу между двумя max одного порядка, отличающихся по λ на 1 метр … угловое расстояние между спектральными линиями, отличающимися по длине волны на dλ порядок max период решетки Линейная дисперсия численно равна расстоянию на экране между двумя max одного порядка, отличающихся по λ на 1 м линейное расстояние между соседними max одного порядка, отличающимися по длине волны на dλ фокусное расстояние линзы

Разрешающая способность спектральных приборов Критерий Рэлея Разрешающая способность определяет min разность длин волн, при Разрешающая способность спектральных приборов Критерий Рэлея Разрешающая способность определяет min разность длин волн, при которой две линии воспринимаются на спектре раздельно главный max линии λ 2 добавочный min линии λ 1 две спектральные линии считаются полностью разрешенными, если вершина одного max совпадает с основанием другого Разрешающая сила спектрального прибора Разрешающая сила дифракционной решетки количество щелей

Поляризация света Поляризация света

Естественный свет В любой точке поля векторы ЭМ волна – напряженности ЭП и МП Естественный свет В любой точке поля векторы ЭМ волна – напряженности ЭП и МП волна перпендикулярны ПОПЕРЕЧНАЯ и лежат в плоскости, вектору скорости Световой вектор Свет для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов при действии света на вещество основное значение имеет ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества представляет собой Атомы излучают световые волны независимо друг от друга суммарное электромагнитное излучение множества атомов световая волна, излучаемая источником, характеризуется равновероятными колебаниями светового вектора Естественный свет с равновероятными свет ориентациями вектора Е Плоскость колебаний плоскость, в которой колеблется световой вектор направление распространения волны рисунку

Поляризация света процесс ориентации вектора напряженности Е световой волны в определенном направлении свет, в Поляризация света процесс ориентации вектора напряженности Е световой волны в определенном направлении свет, в котором направления Поляризованный колебаний светового вектора свет каким-либо образом упорядочены Плоско (линейно) световой вектор колеблется поляризованный в одной плоскости Плоскость поляризации Эллиптически поляризованный частный случай Поляризованный по кругу плоскость колебания светового вектора Е результат наложения двух когерентных плоскополяризованных волн со взаимно плоскостями поляризации, в случае, когда конец вектора Е описывает эллипс конец вектора Е описывает окружность

Степень поляризации света Imax и Imin — соответственно max и min интенсивности частично поляризованного Степень поляризации света Imax и Imin — соответственно max и min интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором Степень поляризации естественный свет Imax = Imin Р=0 частично поляризованный 0<Р<1 плоско поляризованный Imin = 0 Р=1

Закон Малюса 1810 г. ? Поляризатор поляризаторы естественный свет поляризованный свет φ=0° φ=90° закон Закон Малюса 1810 г. ? Поляризатор поляризаторы естественный свет поляризованный свет φ=0° φ=90° закон Малюса устройство для получения поляризованного света, пропускает колебания Е только определенного направления среды, анизотропные в отношении колебаний Е, напр. , кристаллы турмалин I =I’ 0 I~ E 2 I= 0 оси поляризатора и анализатора I 0 I’ 0 Закон Малюса I поляризатор анализатор

Способы получения поляризованного света Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков Способы получения поляризованного света Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков Две фотографии одного места, сделанные фотоаппаратом с поляризующим фильтром, повёрнутым под разными углами Фильтр повёрнут так, что полностью пропускает отражённый от поверхности свет Фильтр повёрнут на 90°: отражённый свет почти полностью отфильтровывается и блики исчезают

Закон Брюстера 1815 г. Степень поляризации зависит от угла падения лучей и показателя преломления Закон Брюстера 1815 г. Степень поляризации зависит от угла падения лучей и показателя преломления падающий неполяризованный свет отраженный плоскополяризованный содержит только колебания, плоскости падения n 1 n 2 Степень поляризации преломленного света м. б. значительно повышена многократным преломлением при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера преломленный поляризован максимально, но не полностью стопа Столетова

1662 г. Двойное лучепреломление Все прозрачные обладают кристаллы способностью ? двойного лучепреломления кроме кристаллов 1662 г. Двойное лучепреломление Все прозрачные обладают кристаллы способностью ? двойного лучепреломления кроме кристаллов кубической системы оптическая анизотропия эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие Впервые обнаружено на кристалле исландского шпата Ca. CO 3 призма Николя е о е – extraordinary необыкновенный о – ordinary обыкновенный

Свойства обыкновенного и необыкновенного лучей 1. Закон преломления: • для о-луча всегда выполняется • Свойства обыкновенного и необыкновенного лучей 1. Закон преломления: • для о-луча всегда выполняется • для е-луча в общем случае не выполняется О’ 2. В кристаллах существует направление, при распространении вдоль которого двойного лучепреломления не происходит – оптическая ось, направление кристалла О 3. 4. Плоскость, проходящая через световой луч и оптическую ось кристалла – главная оптическая ось или плоскость главного сечения • о-луч и е-луч поляризованы во взаимно плоскостях • плоскость поляризации о-луча плоскости главного сечения

Применение • Создание различных оптических эффектов • В 3 D-кинематографе – технология IMAX: линейная Применение • Создание различных оптических эффектов • В 3 D-кинематографе – технология IMAX: линейная поляризация используется для разделения изображений, предназначенных правому и левому глазу – в технологии Real. D и Master. Image: подобна IMAX, но круговая поляризация позволяет сохранять стереоэффект и избегать двоения изображения при небольших боковых наклонах головы • В антеннах космических линий связи (круговая поляризация): – для приёма сигнала не важно положение плоскости поляризации передающей и приёмной антенн, т. е. вращение космического аппарата не повлияет на возможность связи с ним • В наземных линиях: антенны линейной поляризации — всегда можно выбрать заранее — горизонтально или вертикально располагать плоскость поляризации антенн

Использованные источники • • • • • • • Трофимова Т. И. Курс физики Использованные источники • • • • • • • Трофимова Т. И. Курс физики Костко О. К. Физика для строительных и архитектурных вузов Сахаров Д. И. , Блудов М. И. Физика для техникумов Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики http: //aco. ifmo. ru/el_books/basics_optics/ http: //all-fizika. com/ http: //bse. sci-lib. com/ http: //elementy. ru/physics http: //ens. tpu. ru/posobie. htm http: //fn. bmstu. ru/phys/bib/physbook/tom 6/content. htm http: //physoptika. ru/ http: //ru. wikipedia. org http: //rutube. ru/tracks/1425275. html? v=0 ccd 9 cf 27 c 52 d 982 fb 958 fea 16 fb 3057 http: //school-collection. edu. ru http: //stoom. ru/content http: //tsput. ru/res/3. php http: //web. mit. edu/newsoffice/science. html http: //www. allbiograf. ru/category/fizika/ http: //www. epsilon. cc/ http: //www. fizika. kr. ua/index. php http: //www. ido. rudn. ru/nfpk/fizika/ http: //www. kit-e. ru/articles/displ/2007_7_22. php http: //www. krugosvet. ru/enc/nauka_i_tehnika/ http: //www. osram-auto. ru/prof/page 1970/page 8449/ http: //www. physbook. ru/index. php/ http: //www. seninvg 07. narod. ru/s_portfolio_virt 2. htm http: //www. varson. ru/ и др.