Дифракция света Явление дифракции состоит

Дифракция света

• Явление дифракции состоит в том, что световые волны огибают препятствия, встречающиеся на их пути, заходят в область геометрической тени. • Характерный признак – перераспределение светового потока в области геометрической тени с образованием максимумов и минимумов интенсивности. • Дифракция – свойство волн любой физической природы.

Дифракция света на круглом отверстии • Опыт: пучок света падает на круглое отверстие (d ≈1 мм). На удаленном экране наблюдается дифракционная картина. • При перемещении экрана к отверстию увеличивается количество темных и светлых колец в дифракционной картине. При этом в центре картины освещенность меняется от максимального до минимального значения и обратно.

• В 1818 г. О. Френель, используя принцип Гюйгенса, объяснил дифракцию света на круглом отверстии с позиций волновых представлений о природе света. Френель Огюстен Жан (1788 -1827, фр. )

Дифракция на диске • КС: пятно Пуассона.

Дифракция на диске Форма непрозрачного пятна на стекле (d = 1, 5 мм). Вид дифракционной картины на расстоянии b = 2 м.

Дифракция света на щели

Фраунгофер Йозеф (1787 -1826, нем. ) Внес существенный вклад в изучение дисперсии света и создание ахроматических линз. Изобрел метод точного определения формы линз. Исследовал и объяснил темные линии в солнечном спектре. Изобрел дифракционную решетку.

I 0: I 1: I 2: …= 1: 0, 045 : 0, 016…

• Условие дифракционного минимума имеет вид: b – ширина щели.

Дифракционная решетка

• КС: период решетки (d), метод Фраунгофера, интерференция N пучков. а) амплитудная решетка, б) фазовые решетки. • Условие главных максимумов: dsinφ = ±k λ. k =0, 1, 2, … - порядок максимума. E = NE 1; I ~ E 2 ~ N 2!

max: dsinφ = ±k λ.

ДР – спектральный прибор max: dsinφ = ±k λ.

Поляризация света

• Из уравнений Максвелла следует (и опыт это подтверждает), что электромагнитная волна является поперечной: вектор напряженности электрического поля и вектор индукции магнитного поля перпендикулярны направлению распространения волны.

• Если в световой волне вектор , изменяясь во времени, остается лежать в одной плоскости, содержащей луч, то свет называется плоско поляризованным или линейно поляризованным. Плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью колебаний.

• В случае тепловых источников света колебания атомных осцилляторов не упорядочены. Поэтому в естественном свете результирующая напряженность совершает в каждой точке поля колебания, направление которых быстро и беспорядочно изменяется в плоскости, перпендикулярной лучу. При этом все направления вектора равновероятны.

• КС: поляризатор, плоскость пропускания поляризатора (ППП). Интенсивность света на выходе из поляризатора

Поляризация света при отражении и преломлении

Закон Брюстера Брюстер Дэвид (1781 -1868, шотл. ) • Частичную поляризацию света при его отражении от диэлектрика обнаружил Э. Малюс в 1808 г. • В 1815 г. Д. Брюстер установил, что отраженный луч поляризован полностью, если угол падения α удовлетворяет условию

Рисунок отражает характер поляризации падающей, отраженной и преломленной волн с учетом электромагнитной природы света.

• При n = 1, 6

Двойное лучепреломление света

• Эффект раздвоения пучка света при прохождении через кристалл исландского шпата (Ca. CO 3) обнаружил и описал в 1669 г. Э. Бартолин Эразм (1625 -1698, дат. )

• КС: луч обыкновенный (о), луч необыкновенный (е), оптическая ось кристалла (MN), главная плоскость кристалла, дихроизм, турмалин, поляроид. • Для исландского шпата: n 0= 1, 658; 1, 658 > ne> 1, 486.

Дисперсия света

• Дисперсия света – зависимость фазовой скорости света от длины волны λ (или частоты ν). Проявляется в зависимости показателя преломле-ния среды (n = c/v) от λ. • Явление впервые детально исследовано И. Ньютоном в 1672 г. Его удобно наблюдать и изучать с помощью призмы.

Спектроскоп

Зависимость показателя преломления стекла от длины волны в области видимого света

• КС: нормальная дисперсия, аномальная дисперсия, дисперсия вещества (D). НД: D < 0; АД: D > 0. Зависимость n(λ) для цианина • В области АД наблюдается сильное (резонансное) поглощение света.

Рассеяние света

• Рассеяние света - это явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением направления распространения света и проявляющееся как несобственное свечение вещества. Это свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах рассеивающей среды под действием падающего света.

• Согласно теории в идеально однородной среде рассеяние света отсутствует. Оно возникает в неоднородных средах. К ним относятся: ü дымы – взвеси мельчайших твердых частиц в газах; ü туманы – взвеси капелек жидкости в газах; ü суспензии – взвеси твердых частиц в жидкостях; ü эмульсии - взвеси капелек одной жидкости в другой; ü твердые тела (молочное стекло, перламутр).

• Если размеры частиц в мутной среде велики (>>λ), то интенсивность рассеянного света не зависит от длины волны: при прохождении в такой среде белого света рассеянный свет будет белым. Примером служит белый цвет облаков, белый след, создаваемый прожектором в воздухе при наличии дождя, пыли, снега.

• При малых размерах частиц в неоднородной среде (≤ 0, 2λ) интенсивность рассеянного излучения пропорциональна четвертой степени частоты (закон Рэлея):

• При прохождении белого света в такой среде в рассеянном излучении преобладает коротковол-новый (сине-голубой) свет, а в проходящем – длинноволновый (желто-красный). Этим объясня-ется голубой цвет неба и желтокрасный цвет захо-дящего и восходящего Солнца. (Рассеяние проис-ходит на флуктуациях плотности воздуха в верхних слоях атмосферы, которые возникают вследствие теплового движения молекул газа). • Свет, рассеянный в направлении, перпендикуляр-ном проходящему лучу, линейно поляризован.