Лекция 18 Волновая оптика 1 2 3 4

Лекция 18. Волновая оптика 1. 2. 3. 4. 5. Интерференция света Дифракция Метод зон Френеля Спектральные приборы Поляризация света

1. Интерференция n n n Интерференция наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра.

Кольца Ньютона

Кольца Ньютона в зеленом и красном свете

Опыт Юнга

n n Нельзя наблюдать интерференцию при сложении волн от двух независимых источников. Щели S 1 и S 2, которые в соответствии с принципом Гюйгенса можно рассматривать как источники вторичных волн, освещались светом одного источника S. Задача об интерференции волн сводится к задаче о сложении колебаний одной и той же частоты, но с разными фазами. Принцип суперпозиции: от источников S 1 и S 2 волны распространяются независимо друг от друга, а в точке наблюдения они складываются

2. Дифракция света n n Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец при огибании круглого препятствия. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Принцип Гюйгенса–Френеля. ΔS 1 и ΔS 2 – элементы волнового фронта, n 1 и n 2 – нормали

Дифракция плоской волны на экране с круглым отверстием

3. Зоны Френеля n n n Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля следует мысленно заселить волновую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, волны от которых достигают точки P. В результате интерференции вторичных волн в точке P возникает некоторое результирующее колебание, квадрат амплитуды которого (интенсивность) нужно определить при заданных значениях длины волны λ, амплитуды A 0 падающей волны и геометрии задачи.

Зоны Френеля n Для облегчения расчета Френель предложил разбить волновую поверхность падающей волны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны по следующему правилу: расстояние от границ соседних зон до точки P должны отличается на половину длины волны

Границы зон Френеля в плоскости отверстия

4. Спектральные приборы n n n В состав видимого света входят монохроматические волны с различными значениями длин. В излучении нагретых тел (нить лампы накаливания) длины волн непрерывно заполняют весь диапазон видимого света. Такое излучение называется белым светом. Свет, испускаемый газоразрядными лампами и многими другими источниками, содержит в своем составе отдельные монохроматические составляющие с некоторыми выделенными значениями длин волн.

Спектр излучения n n n Совокупность монохроматических компонент в излучении называется спектром. Белый свет имеет непрерывный спектр , излучение источников, в которых свет испускается атомами вещества, имеет дискретный спектр. Приборы, с помощью которых исследуются спектры излучения источников, называются спектральными приборами.

Дисперсия на призме

Дисперсия n n Для разложения излучения в спектр в простейшем спектральном приборе используется призма. Действие призмы основано на явлении дисперсии , то есть зависимости показателя преломления n вещества от длины волны света λ. Как правило наблюдается нормальная дисперсия, когда показатель преломления уменьшается при увеличении длины волны. Однако вблизи длин волн, на которых материал поглощает свет, наблюдается увеличение показателя преломления с ростом длины волны.

Солнечный свет после прохождения через треугольную стеклянную призму

Радуга

Дифракционная решетка

Дифракция света на решетке

Распределение интенсивности при дифракции монохроматического света на решетках с различным числом щелей. I 0 – интенсивность колебаний при дифракции света на одной щели

Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки

5. Поляризация света n Прохождение света через кристалл исландского шпата (Ca. CO 3). Если кристалл поворачивать относительно направления первоначального луча, то поворачиваются оба луча, прошедшие через кристалл

n В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватой окраски). Пластинки можно было поворачивать друг относительно друга на угол φ I ~ cos 2 φ

Иллюстрация к закону Малюса

Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы колеблются вдоль оси y. Поворот щели S вызовет затухание волны

Отражение света под углом Брюстера

Линейный поляризатор

Разделение естественного света на два пучка линейно поляризованного света с помощью пластинок из прозрачного диэлектрика

Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны

Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне

Разложение вектора E по осям

Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. yy – ' разрешенные направления поляроидов