55880

Волновая оптика

Лекция

Педагогика и дидактика

По электромагнитной теории Максвелла свет - это электромагнитные волны которые в вакууме распространяются со скоростью с = 3108 м с скорость света а в любой другой прозрачной среде их скорость меньше.

Русский

2014-03-30

1.91 MB

2 чел.

ЛЕКЦИЯ  1

Раздел 5. Волновая оптика.

По электромагнитной теории Максвелла свет – это электромагнитные волны, которые в вакууме распространяются со скоростью с = 3·108 м/с (скорость света), а в любой другой прозрачной среде их скорость меньше.

,        (1-1)

Физическая величина, показывающая во сколько раз скорость электромагнитной волны (скорость света) меньше в данной среде по сравнению с вакуумом

,            (1-2)

называется абсолютным показателем преломления среды.

Значит, для света должны наблюдаться все волновые явления, как и для любых волн интерференция, дифракция, поляризация и дисперсия.

  1.  Интерференция световых волн

Волны от разных источников могут накладываться друг на друга. Это согласно принципу суперпозиции может привести к интерференции, если будут накладываться когерентные волны.

Волны, у которых разность фаз не зависит от времени, называются когерентными (для этого волны должны быть монохроматичными (с одинаковой частотой или длиной волны ω1 = ω2, λ1 = λ2) и разность начальных фаз также не должна меняться с течением времени ∆0 = const).

Результат наложения когерентных волн, при котором в местах наложения наблюдаются усиление и ослабление амплитуды (интенсивности), наблюдаются max и min, называется интерференцией.


Результат интерференции зависит от разности хода волн.

   

  (1-3)

Если = ± mλ, m = 0,1,2…, тогда будет наблюдаться интерференционный max.

Если  m = 1,2,3…, тогда будет наблюдаться интерференционный min.

Свет от всех естественных и большинства искусственных источников излучается возбужденными атомами этих веществ. Их излучение никак не согласовано, оно происходит спонтанно (самопроизвольно).

Следовательно, световые волны от разных источников некогерентные.

Выполнить первое условие когерентности (монохроматичность ω1 = ω2) не представляет большого труда. А вот второе условие ∆0 = const долгое время не удавалось реализовать.

Английский физик Юнг впервые догадался разделить свет от одного источника на части.

Свет от источника попадал на непрозрачную ширму, в которой было две узкие щели. Они исполняли роль вторичных источников.

Поэтому световые волны от вторичных источников оказывались когерентными, и на экране наблюдалась типичная интерференционная картина.

Так как свет в разных средах распространяется с разными скоростями, тогда вместо геометрической длины пути и разности хода используется оптическая длина пути.

          (1-4)

и оптическая разность хода лучей

     (1-5)

Тогда, если                  (1-6)

условие интерференционного max.

Если                (1-7)

условие интерференционного min.

Юнг наблюдал интерференционную картину на экране и получил формулы для определения max и min на экране:

     (6-6)

где d – расстояние между щелями.

Ширина интерференционной полосы

.                   (1-10)

Свет излучается цугами (время излучения –   108 с, длина цуга   несколько метров).

Для наблюдения интерференции световой волны необходимо, чтобы

условие временной когерентности.

.

условие пространственной когерентности.

2. Интерференция света в тонких пленках

Если на границу раздела двух сред с разными показателями преломления падает луч монохроматического света, то он частично отражается и частично преломляется.

 

α – угол падения, β – угол преломления, γ – угол отражения.

Законы геометрической оптики:

  1.  Закон отражения света: луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, проведенный в точку падения, лежат в одной плоскости и угол отражения равен углу падения = .
  2.  Закон преломления света: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный в точку падения, лежат в одной плоскости и   .

Если , то  <   всегда есть преломленный луч.

Если , то  > 

при

полное внутреннее отражение света

(медицина, световолоконная оптика)

Если на плоскопараллельную тонкую пленку падает параллельный пучок монохроматического света, то за счет отражения и преломления на верхней и нижней границах пленки образуются когерентные отраженные (1 и 2) и прошедшие (1 и 2) лучи, которые при дальнейшем накладывании друг на друга будут интерферировать.

 

Оптическая разность хода для отраженных лучей 1 и 2 вычисляется по формуле:

     (1-11)

а для проходящих лучей 1и 2:

     (1-12)

Для определения ∆доп и ∆′доп необходимо руководствоваться правилом:

при отражении света от оптически более плотной среды (с большим показателем преломления) происходят изменения фазы волны на 1800 и к оптической длине пути этого луча нужно добавить ; при отражении света от менее плотной среды и при преломлении потери фазы не происходит.

А дальше, если , то вторичные волны при наложении будут усиливать друг друга – значит, вся пленка будет освещена (или в отраженных лучах, или в проходящих) цветом той длины волны, которой облучают пленку.

А если , то пленка (в отраженных или проходящих лучах) будет темной.

Если пленка освещается белым светом, то цвет освещенности пленки будет зависеть от того, для какой длины волны наблюдается условие max для отраженных лучей, а для какой – для проходящих.

Если на плоскопараллельную тонкую пленку падает монохроматический свет от точечного источника, тогда в разные точки пленки лучи падают под разными углами.

Тогда условие max или min будут наблюдаться только для тех точек пленки, куда лучи падают под одинаковым углом.

В тех точках, где выполняется условие max, будет светлая полоса, а где выполняется условие min, будет темная полоса.

Интерференционные полосы, получающиеся на пленке (в отраженном или проходящем свете) при освещении ее расходящимся светом, называются полосами равного наклона.

При освещении плоскопараллельной тонкой пленки расходящимся пучком белого света, на пленке будут наблюдаться разноцветные полосы равного наклона.

Если параллельный пучок монохроматического света падает на тонкую пленку переменной толщины (клин), тогда в разных точках пленки, куда падает свет, толщина будет разной.

Тогда условие max или min будет наблюдаться только для тех точек пленки, где толщина будет одинаковой.

В тех точках, где выполняется условие max, будет светлая полоса, а где выполняется условие min, будет темная полоса.

Интерференционные полосы, получающиеся на пленке переменной толщины (в отраженном или проходящем свете) при освещении ее параллельным светом, называются полосами равной толщины.

При освещении пленки переменной толщены белым светом на пленке будут наблюдаться разноцветные полосы равной толщины.

Частным случаем полос равной толщины являются кольца Ньютона, которые получаются при облучении светом плосковыпуклой стеклянной линзы с большим радиусом кривизны, лежащей на плоскопараллельной стеклянной пластине.

Между стеклянной линзой и стеклянной пластинкой образуется тонкая пленка переменной толщины (либо воздушная с n = 1, либо заполненные какой-либо жидкостью или газом с показателем преломления n).

При нормальном падении света на линзу (α = 0) оптическая разность хода отраженных (1 и 2) и проходящих (1′ и 2′) лучей будет вычисляться из формулы:

   (1-13)

Интерференционные полосы будут наблюдаться в точках, где толщина пленки будет одинаковой, т.е. в виде концентрических колец.

Для оптически менее плотной среды пленки, чем стекло, радиусы светлых (max) и темных (min) полос (колец) в отраженном свете будут определяться по формулам:

  (1-14)

где R – радиус кривизны линзы.

В проходящих лучах формулы меняются местами.

При освещении установки белым светом будут наблюдаться разноцветные полосы Ньютона.


3. Практическое применение интерференции. Интерферометры

просветленная оптика;

Практическое применение интерференции:

мыльные пузыри, елочные игрушки, пленки на значках и т.п.;


Практическое применение интерференции:

интерферометры и др.).

Майкельсона:

Фабри-Перро:

определение n, d;

параллельность тонких пленок и т. д.

PAGE   \* MERGEFORMAT14


1

2

 

1

EMBED Equation.DSMT4  

М

свеча

1

2

 

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

x

O

экран

Х

(1-9)

(1-8)

α

Отраженный

луч

n2

n1

Падающий

луч

Преломленный

 луч

α

n2 < n1

n1

α0

2

n1

= 90

α

n2 > n1

n1

d

n2

α

1

2

1

2

n1

n3

α1

α1

α3

α2

n2

n1

n3

d2

d1

d3

2

1

R

O

2

1

rm

d

S

n

EMBED Equation.DSMT4      EMBED Equation.DSMT4  

d

n

S

EMBED Equation.DSMT4  

   EMBED Equation.DSMT4  

d


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49218. Проектирование транзисторных широкодиапазонных передатчиков 348.55 KB
  Задачей курсового расчета является проектирование транзисторного широкодиапазонного радиопередающего устройства обеспечивающего формирование радиосигналов заданном рабочем диапазоне частот и заданную мощность выделяемую на нагрузке в состав которого входят следующие каскады: ОКГ опорный кварцевый генератор являющийся источником высокостабильных колебаний необходимо произвести расчет принципиальной схемы автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи; ССЧ синтезатор сетки частот формирующий из опорной частоты...
49219. Комплексное исследование системы мотивации производственного персонала в Восточно-Сибирской Региональной Дирекции железнодорожных вокзалов, вокзал станции Черемхово 147.36 KB
  Разработка и практическое применение новых мотивационных систем непосредственно на самих предприятиях позволяют привлекать новых высококвалифицированных специалистов, способных на деле управлять как малыми, так и большими коллективами, ориентируясь преимущественно при этом на индивидуальное мотивирование в соответствии с количеством и качеством труда, затраченного индивидом.
49220. Разработать микропроцессорную систему и цифровое устройство управления подачей добавок в ДСП 637.56 KB
  Задание на курсовую работу: Разработать микропроцессорную систему управления подачей добавок в ДСП. Разработать цифровое устройство управления подачей добавок в ДСП. В настоящее время имеется достаточно большое количество вариантов оснащения ДСП различными устройства подачей добавок. При этом стоит задача управления отдельными локальными потоками подачи в печь добавок.
49221. Исследование фильтрационного потока от нагнетательной скважины к эксплуатационной и исследование нерадиального установившегося движения жидкости и газов к одной скважине 279.55 KB
  ВЫЯСНЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ КОНТУРА ОБЛАСТИ ПИТАНИЯ НА ДЕБИТ СКВАЖИНЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ПЛАСТЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ПОТОКА ОТ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ К ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НЕРАДИАЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ К СКВАЖИНЕ ПРИ КРУГОВОМ КОНТУРЕ ОБЛАСТИ...
49222. Разработка устройства для сигнализации давления в 6-ти точках 159.63 KB
  Идентифицировать номер датчика и сигнал01. Начало =6;B=1 Опрос датчика Вывод в порт № датчика K=0 да нет Вывод в порт Вывод в порт B=B1 B=B1 B B нет нет да да Конец Разработать устройство для сигнализации давления в 6ти точках. Идентифицировать номер датчика и сигнал01. Реализация программы управления на языке SSEMBLER MVI D 6 Колво датчиков = 6 MVI B 1 № первого датчика For IN1 Проводим опрос OUT 2 Подаем значение в порт0 или1 MOV B Выводим номер датчика OUT 3 Выводим этот номер в порт INR B 1 CMP D Сравнение с пред...
49223. Разработка системы программно-аппаратной защиты автоматизированной системы предприятия от несанкционированного доступа 750 KB
  В данном курсовом проекте рассматривается разработка системы программно-аппаратной защиты автоматизированной системы учреждения администрации края. Это обязанность службы информационной безопасности, которая и рассмотрена в данной курсовой работе
49224. Оценка роли руководителя на примере ООО “Азия-Трак” 177 KB
  Суть обязанностей руководителя состоит в организации работы подчиненных. Это особый вид творческой деятельности, причем по мере роста сложности объекта управления и занимаемой должности, требования к творчеству увеличиваются.
49225. Виды порчи продукции и способы борьбы с ней 169.36 KB
  Вместе с тем она представляя сложный биоценоз в котором могут преобладать отдельные виды и группы микроорганизмов играет свою роль и посвоему влияет на качество пищевых продуктов. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов имеют особое значение для общества заботящегося о своих гражданах.1Порча пищевых продуктов в процессе хранения 1. устанавливающие основные требования к системе управления качеством и безопасностью пищевых продуктов на основе HCCP а также отдельные стандарты по...
49226. Разработка импульсного следящего радиодальномера 607.13 KB
  Краткие теоретические сведения о методах измерения дальности. Структурная схема канала дальности с цифровым импульсным радиодальномером. В данной курсовой работе необходимо разработать импульсный следящий радиодальномер РД цифрового Ц или аналогового А прототипа входящий в канал дальности моноимпульсного радиолокатора РЛ тактического самолета. Этот РЛ кроме измерения дальности цели должен в процессе автоматического сопровождения цели определять ее угловые координаты и радиальную скорость.