Кафедра физики им. В. А. Фабриканта

                                                                        

 

 

Курсовой проект по дисциплине

 «ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА»

Вариант 3

 

 

Студент гр. ЭР-03-18		Магомедов Т.Г.
Преподаватель	(подпись)	Сычёв Д.Г.

                 (оценка/зачёт, подпись)

 

 

Москва

2021

 

Оглавление

Введение. 2

Задание № 1. 2

1.1 Теоретическая справка. 3

1.2. Практическая реализация и расчет первого задания. 10

Задание № 2. 13

2.1. Теоретическая справка. 14

2.2. Практическая реализация и расчет второго задания. 16

Задание № 3. 20

3.1. Теоретическая справка. 20

3.2. Практическая реализация и расчет третьего задания. 22

Вывод. 31

 

 

Введение:

В курсовом проекте будут рассмотрены следующие физические явления: интерференция, дифракция и распространение света в анизотропном кристалле.

Интерференция – пространственное перераспределение энергии. Это явление будет рассмотрено для источников, находящихся на одной оси перпендикулярной экрану и на одной оси параллельной экрану наблюдения.

Дифракция – огибание световой волной препятствия, находящегося на ее пути.

Оптическая анизотропия – различие оптических свойств вещества в зависимости от направления распространения в нём излучения (света) и состояния поляризации этого излучения.

Задание № 1

 

Интерференционная картина образована на экране монохроматическим излучением с длиной волны λ нм, исходящим от двух точечных когерентных источников, расположенных на расстоянии d мм друг от друга. Задача:

1. Определить расстояние между первыми двумя интерференционными максимумами и видность интерференционной картины.

2. Рассчитать распределение интенсивности в плоскости экрана I(x,y). Построить двумерные и трехмерные графики.

3. Построить график зависимости периода ИК от расстояния между источниками.

4. Построить график распределения интенсивности в плоскости экрана в случае, если интенсивность излучения одного источника будет в 2 раза больше интенсивности излучения другого.

1.1 Теоретическая справка

Интерференция – это перераспределение энергии излучения в пространстве при взаимодействии нескольких когерентных волн.

В результате интерференции может образовываться интерференционная картина – система из темных и светлых линий (колец), которую можно наблюдать на экране.

Интерферировать могут абсолютно любые волны, но интерференционная картина будет образовываться в случае, если выполнены следующие условия:

· Колебания вектора  интерферирующих волн не должны быть ортогональны друг другу

· Волны должны быть когерентны

Волны считаются когерентными, если они сохраняют постоянную разность фаз между собой.

Рассмотрим интерференцию монохроматического света:

Пусть есть две плоские, одинаково поляризованные, монохроматические волны  и , которые накладываться друг на друга.

Изобразим сложение двух этих волн на координатной плоскости:

 

Рисунок 1.1. – Ориентация волновых векторов [О.А. Евтихиева, К.М. Лапицкий, Б.С. Ринкевичюс «Информационная оптика»]

Запишем выражение для разности фаз интерферирующих волн:

,

где  – разностный волновой вектор плоских волн, определяющий направление распространения нового луча.

Запишем выражение для результирующего светового поля, образовывающегося в области пересечения волн, согласно принципу суперпозиции:

Найдем выражение для интенсивности результирующего светового поля, воспользовавшись следующим соотношением:

Также учтем, что при интерференции участвуют только действительные части комплексных амплитуд. Тогда можно записать:

Из этого выражения следует, что максимум интерференции (светлая полоса) будет в тех точках пространства, для которых:

 

Максимум интенсивности:

Тогда для минимума интерференции (темная полоса) можно записать следующее условие:

Минимум интенсивности:

Изобразим график зависимости распределения интенсивности от разности фаз при интерференции двух волн:

 

Рисунок 1.2. – Зависимость  [О.А. Евтихиева, К.М. Лапицкий, Б.С. Ринкевичюс «Информационная оптика»]

Для интерференционных картин обычно выделяют несколько основных характеристик:

Период интерференционной картины:

Видность интерференционной картины, которая определяет её контрастность: