Волновая оптика

Диспероссия света Интерференция света Дифракция света Дифракционная решетка Поляризация света 2

Диспероссия света Белый свет представляет собой набор волн различной длины. Свет, представляющий собой набор волн одинаковой длины – монохроматичный. Свет, представляющий собой набор волн различных длин – полихроматичный. (Белый свет является полихроматичным). 3

Диспероссия света Диспероссия – разложение света в спектр. От латинского слова dispersio – рассеяние. ИК УФ 400 нм 500 нм 600 нм 700 нм Длины волн в вакууме 4

Диспероссия света Диспе́россия све́та (разложение света) это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны (или частоты) света (частотная диспероссия), или зависимость скорости света в веществе от длины волны (или частоты). 5 Разложение света в спектр вследствие дисперсии при прохождении через призму (опыт Ньютона)

Диспероссия света Причиной дисперсии является различие показателей преломления для волн разной длины. (сильнее всего преломляется фиолетовый свет, слабее всего преломляется красный свет). Исаак Ньютон наблюдал дисперсию, пропуская свет через призму. э к р а н 6

Диспероссия света 7

Пример дисперсии света – радуга. (Разложение света в спектр происходит из-за преломления лучей сферическими капельками воды и отражения от их внутренней поверхности.) к наблюдателю капли воды солнечный свет 8

Явления интерференции и дифракции можно было объяснить, если свет считать волной. Явления излучения и поглощения можно было объяснить, если свет считать потоком частиц. Интерференция света сложение световых волн. Дифракция света огибание малых препятствий. Излучение света - процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц. Поглощение света - уменьшение интенсивности излучения света. 9

Интерференция света Интерференция – явление наложения волн, вследствие которого наблюдается устойчивое во времени усиление или ослабление результирующих колебаний в различных точках пространства. Устойчивая во времени интерференционная картина может наблюдаться только при сложении когерентных волн. 10

11 Интерференция света Когерентные волны - волны с одинаковой частотой, поляризацией и постоянной разностью фаз. Устойчивой интерференционной картины от двух независимых источников света не наблюдается, т.к. волны не являются когерентными из - за непостоянства разности фаз. Атомы источников излучают свет прерывисто в виде "цуга" гармонических колебаний - импульса длительностью порядка с (время когерентности). За это время свет распространяется на расстояние Ɩ к = 1 м, называемое длиной когерентности (расстояние, на котором происходит устойчивое гармоническое колебание световой волны).Спустя время когерентности разность фаз хаотически изменяется.

Интерференция света Условие максимума: максимальная результирующая интенсивность при интерференции когерентных колебаний в определенной точке пространства получается при их запаздывании друг относительно друга на время, кратное периоду этих колебаний: Условие минимума: Минимальная результирующая интенсивность при интерференции когерентных колебаний в определенной точке пространства получается при их запаздывании друг относительно друга на время, равное нечетному числу полупериодов этих колебаний: 12 При одинаковом законе колебаний двух источников интерференционные максимумы наблюдаются в точках пространства, для которых геометрическая разность хода интерферирующих волн равна целому числу длин волн: При одинаковом законе колебаний двух источников интерференционные минимумы наблюдаются в тех точках пространства, для которых геометрическая разность хода интерферирующих волн равна нечетному числу полуволн.

Дифракция света 1800 г. Томас Юнг Дифракция – отклонение при распространении волн от законов геометрической оптики. 13

14 Дифракция света Дифракция сопровождается нарушением целостности фронта световой волны, вызванным резкими неоднородностями среды (например, поверхность диска). Светлое пятно может возникнуть в области геометрической тени за освещенным непрозрачным диском (в 1818 г. предсказал французский математик Симон-Дени Пуассон на основе волновой теории света и было подтверждено опытом). Дифракция проявляется в нарушении прямолинейности распространения световых лучей, огибании волнами препятствий, например в проникновении света в область геометрической тени.

15 Дифракция света Теория дифракции света была разработана в 1816 году французским ученым Огюстеном Френелем, развившем идеи Гюйгенса. Согласно принципу Гюйгенса: каждая точка фронта волны является источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны со скоростью распространения волны в среде; огибающая этих волн определяет положение фронта волны в следующий момент времени. Френель дополнил принцип Гюйгенса идеей об интерференции вторичных волн. Принцип Гюйгенса - Френеля: Возмущение в любой точке пространства является результатом интерференции когерентных вторичных волн, излучаемых каждой точкой фронта волны.

16 Дифракция света Зона Френеля - множество когерентных источников вторичных волн, максимальная разность хода между которыми (для определенного направления распространения) равна λ/2. Условие дифракционного минимума на щели: aSinα=mλ, где a - ширина щели, α - угол наблюдения, m=0,1,2,… Дифракция света на отверстии (или препятствии) размером a проявляется на расстоянии Ɩ >a 2 /λ. Приближение геометрической оптики справедливо при условии λ<<a 2 / Ɩ, где a - размер препятствия на пути волны, Ɩ - расстояние до препятствия.

Дифракционная решетка 17 Дифракционная решетка – это совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. С помощью дифракционной решетки можно проводить очень точные измерения длины волны. а – ширина прозрачных щелей b – ширина непрозрачных промежутков d = a + b; где d – период решетки d sinα = k λ, где к = 0,1,2,… (Условие главных максимумов дифракционной решетки )

Дифракционная решетка Увеличение числа щелей приводит к увеличению интенсивности и уменьшению ширины главных максимумов. Возможность раздельного наблюдения главных максимумов m - го порядка близких длин волн λ 1 и λ 2 характеризуется разрешающей способностью А дифракционной решетки: А= λ 1 / | λ 2 - λ 1 |=Nm Чем больше число щелей N и выше порядок спектра m, тем выше разрешающая способность дифракционной решетки. 18

Поляризация света Свет – электромагнитная волна – поперечная волна. 19

Поляризация света Естественный (неполяризованный) свет – свет, в котором присутствуют все возможные направления вектора напряженности. Поляризованный свет – свет, в котором присутствует только одно направление вектора напряженности, перпендикулярное направлению распространения волны. Е Е Е Е 20

Поляризация света Свет поляризуется при прохождении через поляроид. Неполяризованный свет Поляризованный свет Свет не проходит 21

Поляризация света Поляроид – вещество, вызывающее поляризацию света. 22

Поляризация света При отражении и преломлении свет поляризуется. Частичная поляризация Полная поляризация - угол Брюстера (угол падения, при котором происходит полная поляризация). 23