Глава 1 Волновая оптика Интерференция света 1 1

Глава 1 Волновая оптика Интерференция света (1. 1) Интерференция света- явление наложения двух (нескольких) когерентных световых волн в результате которого происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего, в одних местах возникают максимумы, а в других – минимумы интенсивности.

– оптическая длина пути – оптическая разность хода Условие интерференционного максимума (1. 2) Условие интерференционного минимума (1. 3)

Методы наблюдения интерференции света 1. Метод Юнга.

2. Зеркала Френеля.

3. Бипризма Френеля.

4. Полосы равного наклона (интерференция от плоскопараллельной пластинки). Интерференционные полосы, возникающие в результате наложения лучей, падающих на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами, называются полосами равного наклона. Полосами равного наклона локализованы в бесконечности.

4. Интерференция света в тонких пленках (3. 1) (3. 2) (3. 3)

5. Полосы равной толщины (интерференция от пластинки переменной толщины). Интерференционные полосы, возникающие в результате интерференции от мест одинаковой толщины, называются полосами равной толщины. Полосы равной толщины реализуются вблизи поверхности клина.

Кольца Ньютона связано изменением фазы волны при отражении от пластинки R r b максимум интенсивности минимум светлые полосы темные полосы

Применение интерференции света 1. Интерференционная спектроскопия. Явление интерференции обусловлено волновой природой света; его количественные закономерности зависят от длины волны 0. Поэтому это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длины волны. 2. Просветление оптики. (4. 1) 3. Многолучевая интерферометрия.

4. Интерферометр Майкельсона. 5. Микроинтерферометр.

6. Интерференционный рефрактометр.

Дифракция Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле – любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Принцип Гюйгенса-Френеля Принцип Гюйгенса: каждый элемент поверхности, который достигла в данный момент волна, является поверхностью элементарных волн, огибающая которых будет волновой поверхностью в следующий момент времени. Принципу Гюйгенса-Френеля: световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками.

Дифракция n n Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени. Световой пучок Дифракция на круглом отверстии экран препятствие область геометрической тени

Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света Радиус внешней границы m-й зоны Френеля равен (6. 4)

Дифракция от круглого отверстия n Дифракционная картина от круглого отверстия – чередование светлых и темных концентрических полос. m – нечетное, в центре светлое пятно m – четное, в центре темное пятно

§ 7 Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске 1) Дифракция на круглом отверстии 2) Дифракция на диске

Дифракция Фраунгофера на одной щели Дифракция Фраунгофера – это дифракция плоских световых волн или дифракция в параллельных лучах. (8. 1) Условие дифракционного минимума (8. 2) Условие дифракционного максимума Распределение интенсивности на экране, получаемое вследствие дифракции, называется дифракционным спектром (рис. 19, б). (8. 3)

Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке Одномерная дифракционная решетка – система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками. – постоянная дифракционной решетки (9. 1) дополнительных минимумов (N-1) дополнительных максимумов (N-2) (9. 4) (9. 5)

Условие главных максимумов

Дифракционные картины от четырех (а), восьми (б) и шестнадцати (в) щелей

Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэггов м – длина волны рентгеновского излучения Формула Вульфа-Брэггов

Разрешающая способность оптических приборов Критерий Рэлея. Изображение двух близлежащих одинаковых точечных источников или двух близлежащих спектральных линий с равными интенсивностями и одинаковыми симметричными контурами разрешимы (разделены для восприятия), если центральный максимум дифракционной картины от одного источника (линии) совпадает с первым минимумом дифракционной картины от другого. (12. 2)

1. Разрешающая способность объектива (12. 1) Разрешающей способностью (разрешающей силой) объектива называется величина (12. 2) Разрешающей способностью спектрального прибора называют безразмерную величину (12. 3)

2. Разрешающая способность дифракционной решетки.

Поляризация света Световой вектор – это вектор напряженности электрического поля. а - естественный б – частично поляризованный в – линейно (плоско) поляризованный Степенью поляризации называется величина

Устройство, пропускающее колебания только определенного направления называется поляризатором. Закон Малюса

Закон Брюстера:

Двойное лучепреломление – раздваивание каждого падающего на кристаллы светового пучка. Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. Плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называется главной плоскостью или главным сечением кристалла.

Если ( (рис. 32, а). ), то одноосный кристалл называется положительным Если ( (рис. 32, б). ), то одноосный кристалл называется отрицательным

§ 15 Поляризационные призмы и поляроиды Призмы делятся на два класса: 1. призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные призмы); 2. призмы, дающие два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча (двоякопреломляющие призмы). Призма Николя. Двоякопреломляющие призмы Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации E, и называется дихроичными кристаллами.

Анализ поляризованного света (16. 1) Вырезанная параллельно оптической оси пластинка, для которой оптическая разность хода , называется пластинкой в четверть волны. Пластинка, для которой , называется пластинкой в полволны.

Искусственная оптическая анизотропия Искусственной оптической анизотропии – сообщение оптической анизотропии естественно изотропным веществам. Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием: 1. одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы); Ячейка Керра – кювета с жидкостью, 2. электрического поля (эффект Керра; в которую введены пластины жидкости, аморфные тела, газы); конденсатора, помещается между скрещенными поляризатором Р и анализатором А. 3. магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды). – постоянная Керра. Эффект Керра – оптическая анизотропия вещества под действием электрического поля.

Вращение плоскости поляризации Некоторые вещества (кварц, сахар, водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации. Удаленное вращение численно равно углу поворота плоскости поляризации света слоем оптически активного вещества единичной толщины (единичной концентрации – для растворов). Оптически активные вещества в зависимости от направления вращения плоскости поляризации разделяется на право- и левовращающие. Явление вращения плоскости поляризации в оптически неактивных телах под воздействием магнитного поля называется эффектом Фарадея или магнитным вращением плоскости поляризации.