Интерференция световых волн (условия усиления и ослабления интенсивности). Когерентные источники. Разность фаз и разность хода волн.

Голография.

Голография— набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей.

Поляризация света. Закон Малюса.

Поляриза́ция волн — явление нарушения симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряжённостей электрического или магнитного полей в электромагнитных волнах) относительно направления её распространения. В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как возмущения в этом типе волн всегда совпадают с направлением распространения.

Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы — вращение вокруг волнового вектора.

Причиной возникновения поляризации волн может быть:

1)несимметричная генерация волн в источнике возмущения;2)анизотропность

среды распространения волн;3)преломление и отражение на границе двух сред.Основными являются два вида поляризации: линейная — колебания возмущения происходит в какой-то одной плоскости. В таком случае говорят о «плоско-поляризованной волне»; круговая — конец вектора амплитуды описывает окружность в плоскости колебаний. В зависимости от направления вращения вектора может быть правой или левой.

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, — коэффициент пропускания поляризатора.

Вращение плоскости поляризации. Сахариметрия.

Вращение плоскости поляризации поперечной волны — физическое явление, заключающееся в повороте поляризационного вектора линейно-поляризованной поперечной волны вокруг её волнового вектора при прохождении волны через анизотропную среду. Волна может быть электромагнитной, акустической, гравитационной и т. д.

Сахариметрия - метод определения концентрации оптически активных веществ (главным образом сахара) в растворах. Применяется в пищевой и химико-фармацевтической промышленности.

11. Зрительное восприятие света (сетчатка глаза). Дифракция света на зрачке и острота зрения (разрешающая способность глаза).

Зрение человека - процесс психофизиологической обработки изображения объектов окружающего мира, осуществляемый зрительной системой, и позволяющий получать представление о величине, форме (перспективе) и цвете предметов, их взаимном расположении и расстоянии между ними.

Явление дифракции света заключается в том, что световые лучи, проходя через малые отверстия, в частности и через зрачок, как бы изгибаются (рис. 193) и дают на сетчатке изображение не в виде одной четкой точки, а в виде кружка, окаймленного рядом концентрических световых колец убывающей яркости. Происходит это вследствие волновой природы света.

Разрешающая способность глаза это минимальный диаметр пятна:

1. которое рассматривается с расстояния наилучшего зрения (25-30 см) и

2. который человеческий глаз может отличить от геометрической точки

Законы преломления и отражения света.

Закон отpажения. Угол падения pавен углу отpажения.

Закон пpеломления. Отношение синуса угла падения к синусу угла пpеломления для монохpоматического света есть величина вполне опpеделенная, не зависящая от угла падения. Это отношение называется показателем пpеломления сpеды.

Мы действительно убеждаемся, что показатель пpеломления сpеды не зависит от угла падения пучка света. Более того, показатель пpеломления оказался pавным отношению скоpости света в вакууме к фазовой скоpости света в сpеде. Обычно v() < c, и показатель пpеломления в этих случаях (в случаях ноpмальной диспеpсии света) всегда больше единицы.

14. Как изменяются параметры световой волны при ее переходе из одной среды в другую?

Аберрация линз.

Сфери́ческая аберра́ция — аберрация оптических систем; нарушение гомоцентричности

пучков лучей от точечного источника, прошедших через оптическую систему без нарушения симметрии строения этих пучков (в отличие от комы и астигматизма).

Оптическая система глаза.

Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на внутренней поверхности глаза – сетчатой оболочке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое). Оптическую систему глаза составляют роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело (рис. 2.2). Особенностью этой системы является то, что последняя среда, проходимая светом непосредственно перед образованием изображения на сетчатке, обладает показателем преломления, отличным от единицы. Вследствие этого фокусные расстояния оптической системы глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.

Первый закон излучения Вина

В 1893 году Вильгельм Вин, воспользовавшись, помимо классической термодинамики, электромагнитной теорией света, вывел следующую формулу (для все частот):

§

где u _ν — плотность энергии излучения,

ν — частота излучения,

T — температура излучающего тела,

f — функция, зависящая только от частоты и температуры.

В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон (для высоких частот, малых длин волн):

где C ₁, C ₂ — константы.

 

Интерференция световых волн (условия усиления и ослабления интенсивности). Когерентные источники. Разность фаз и разность хода волн.

Интерференция возникает, когда две волны с одинаковой
длиной волны (1, 2) Движутся по одному пути. Они взаимо-
действуют, образуя новую волну (3). Если волны совпадают
по фазе(А), то интенсивность результирующей волны оказы-
вается выше, чем каждой из них. Если волны слегка сдвинуты
по фазе (В), то интенсивность результирующей волны близка
к интенсивности исходных волн. Если исходные волны нахо-
дятся в противофазе (B), то они полностью гасят друг друга.

Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн.

Оптическая разность хода - это разность оптических длин путей световых волн, имеющих общие начальную и конечную точки.

Когерентные источники - такие источники, которые обеспечивают постоянную во времени разность фаз слагаемых волн в различных точках. Когерентные источники являются источниками когерентных волн. Когерентные источники в оптике могут быть созданы только искусственным путем.

3. Интерференция света в тонких пленках. Роль толщины слоя.

Интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной , отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, отчего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при

,

где — длина волны. Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.

 

4. Дифракция света. Принцип Гюйгенса и Зоны Френеля.

Дифракция света – это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.
Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами.

Для наблюдения дифракции можно:
- пропустить свет от источника через очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия. Тогда на экране наблюдается сложная картина из светлых и темных концентрических колец.
- или направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.

Принцип Гюйгенса-Френеля дает объяснение явлению дифракции:
1. вторичные волны, исходя из точек одного и того же волнового фронта (волновой фронт – это множество точек, до которых дошло колебание в данный момент времени), когерентны, т.к. все точки фронта колеблются с одной и той же частотой и в одной и той же фазе;
2. вторичные волны, являясь когерентными, интерферируют.
Явление дифракции накладывает ограничения на применение законов геометрической оптики:
Закон прямолинейного распространения света, законы отражения и преломления света выполняются достаточно точно только, если размеры препятствий много больше длины световой волны.
Дифракция накладывает предел на разрешающую способность оптических приборов:
- в микроскопе при наблюдении очень мелких предметов изображение получается размытым
- в телескопе при наблюдении звезд вместо изображения точки получаем систему светлых и темных полос.

6. Дифракционная решетка.

Дифракционная решетка - это оптический прибор для измерения длины световой волны.
Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.
Если на решетку падает монохроматическая волна. то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов.

7. Дифракция рентгеновских лучей на микроструктурах и ее использование для анализа этих структур.

В природе в роли дифракционных решёток выступают вещества, имеющие кристаллическую структуру. Для таких веществ характерно упорядоченное расположение атомов или молекул в пространстве. При их облучении электромагнитными волнами последние испытывают явление дифракции на атомах или молекулах, в результате становится возможными наблюдать перераспределение интенсивности падающей волны. Структура наблюдаемой дифракционной картины определяется закономерностями расположения атомов и молекул. По этой причине явление дифракции электромагнитных волн может быть использовано для исследования структуры строения вещества, а при известной структуре кристалла - для изучения спектрального состава излучения естественных и искусственных источников излучения.

Голография.

Голография— набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей.