Оптика. Учение о свете. Квантовые свойства света. Способы получения когерентных волн. Поляризация света

Оптика. Учение о свете.

Свет - электромагнитное излучение, обладающее волновыми и квантовыми свойствами.

Квант – частица (корпускула).

Волновые свойства.

Свет - поперечная электромагнитная волна ().

, E₀,H₀ - амплитудные значения, - круг. Цикл. частота, - частота. Рис.1.

V – скор. Распр. волны в данной среде. V=C/n, где C- скорость света (в вакууме C=3*10⁸ м/с), n- показатель преломления среды (зависит от свойств среды).

, - диэлектрическая проницаемость, - магнитная проницаемость.

- фаза волны.

Ощущению свет обязаны электромагнитной составляю волны ().

- длина волны, равна пути, пройденному волной за период (; ).

Диапазон видимой части света: =0,40,75 мкм.

;

4000 - короткий (фиолетовый); 7500 – длинный (красный).

Квантовые свойства света.

С точки зрения квантовой теории свет испускается, распространяется и поглощается отдельными порциями – квантами.

Характеристики фотона.

1. Масса.; m₀- масса покоя.

Если m₀0 (фотона) , то т.к. V=C, m=– чушь, следовательно m₀=0 – движущийся фотон. Следовательно, свет остановить нельзя.

Поэтому масса фотона должна рассчитываться из релятивистской формулы для энергии. E=mC², m=E/C².

2. Энергия фотона. E=mC².

В 1900 Макс Планк – немецкий физик выводит для энергии фотона следующую формулу: .

h=6,62*10^-34  Дж*с- постоянная Планка.

3. Импульс.

p=mV=mC=mC²/C=E/C=h/; p-характеристика частицы, -характеристика волны.

Волновая оптика.

Интерференция- перераспред. света в пространстве.

Наложение световых волн, в результате которого в одних местах пространства происходит усиление интенсивности света, а в других – ослабление. То есть происходит перераспределение интенсивности света в пространстве.

Условием наблюдения интерференции является когерентность световых волн (волны, которые удовлетворяют условию: -монохроматические волны;  – фаза волны постоянна в данной точке пространства с течением времени).

РАСЧЕТ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ КАРТИН.

Источники- когерентные волны. ; * - точ. источник.

Темная и светлая полоса.

1. Если l~d, то  картина неразличима, поэтому, чтобы что-то увидеть, надо 2.l<<d тогда .

В точке М происходит наложение двух когерентных волн.

, d1,d2 -метры, пройденные волнами; -разность фаз.

Темнее/светлее- интенсивность.  (пропорциональна).

Если волны не когерентные: (среднее значение за период).

 (суперпозиция, наложение).

Если – когерентные: ;;  - имеет место интерференция света (перераспределение света).

; если (оптическая разность хода волн); n-показатель преломления; (d2-d1)-геометрическая разность хода волн; -длина волны (путь, который волна проходит за период).

-основная формула интерференции.

В зависимости от пути , они приходят с различным . От последнего зависит Iрез.

1. Iрез.max.

Это условие максимума интерференции света, потому как при этом волны приходят в одинаковой фазе и поэтому усиливают друг друга.

n-коэффициент кратности; -означает, что интерференционная картина симметрична относительно центра экрана.

Если фазы совпадают, то амплитуды не зависят от фаз.

- Так же условие максимума.

2. Iрез.min.

; k=0,1,2…; .

- Это условие минимума, т.к. при этом волны приходят в противофазе и гасят друг друга.

Способы получения когерентных волн.

Принцип получения.

Для получения когерентных волн необходимо взять один источник и идущую от него световую волну разделить на две части, которые затем заставить встретиться. Эти волны будут когерентны, т.к. будут принадлежать к одному и тому же моменту излучения, поэтому . .

Явления, используемые для разделения световой волны надвое.

1. Явление отражения света (бизеркала Френеля). Рис.4.

2. Явление преломления света (бипризма Френеля). Рис.5.

3. Явление дифракции света.

Это есть отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении света через малые отверстия или вблизи непрозрачных препятствий, если их размеры (обоих) d соизмеримы с длиной волны (d~). То: Рис.6. – установка Юнга.

Во всех перечисленных случаях реальный источник света был точечным. В реальной жизни свет может быть протяженным – участок неба.

4. , n-показатель преломления пленки.

Возможны два случая:

- h=const, тогда . В этом случае интерференционная картина называется полоса равного наклона.

- hconst. Падает параллельный пучок лучей. . -полосы равной толщины.

Установка «кольца Ньютона».

Надо рассматривать интерференционную картину в отраженном и преломленном свете.

Дифракция света.

Отклонение света от прямолинейно распространения, при прохождении света через малые отверстия или вблизи непрозрачных препятствий, если их размеры соизмеримы с длиной волны.

Принцип Гюйгенса-Френеля.

Источник точечный.

Среда однородная и изотропная, т.е. свойства среды по всем направлениям одинаковы.

Пример 1.

Луч перпендикулярен фронту волны.