Хвильова оптика. Дисперсія світла та її пояснення на основі електронної теорії

 

При попаданні білого світла на призму воно розкладається на кольори (рис. 1.11). Це – прояв дисперсії.

Дисперсією називається залежність показника заломлення від частоти, або довжини світлової хвилі. Її можна пояснити на основі електронної теорії речовини та електромагнітної теорії.

Нехай світлова хвиля описується рівнянням .

Для електрона, що коливається відносно центра рівноваги, під дією електромагнітної хвилі, можна записати:

 

Користуючись векторним представленням* коливань (рис. 1.12, а), маємо:

Значить, зміщення електрона від положення рівноваги

і

залежить від частоти. Звідси: утворюється ланцюжок залежностей

.

Р – величина вектора поляризації, яка пов’язана з діелектричною проникністю e, що в свою чергу визначає показник заломлення n. Поскільки плече диполя х змінюється в залежності від частоти w, то в кінцевому результаті (рис. 1.12).

 

Хвильова оптика. Поляризоване світло

 

Методи отримання поляризованого світла. Закон Брюстера

 

Поляризованим називається світло, в якому коливання вектора напруженості певним чином впорядковані.

Плоскополяризованим називається світло, в якому вектор напруженості коливається в одній площині.

Крім плоскої поляризації, розрізняють поляризацію по колу, і поляризацію по еліпсу.

Для отримання поляризованого світла використовуються:

1. Стопи Столєтова, тобто системи, що складаються з декількох відбиваючих поверхонь (набір скляних пластин).

2. Природні поляризатори, які працюють на явищі подвійного променезаломлення.

3. Поляризатори, які працюють на явищі подвійного променезаломлення, що виникає внаслідок дії зовнішніх факторів і супроводжується виникненням анізотропії в середовищі.

4. Джерела вимушеного, когерентного (лазерного) випромінювання.

Внаслідок взаємодії з речовиною відбите і заломлене світло частково або повністю поляризується. При падінні під певним кутом (кут Брюстера), коли і ¢+ r = p /2 – відбитий промінь повністю поляризований.

При цьому із законів геометричної оптики після відповідних підстановок (перевірити, використовуючи п.1, 2) отримаємо:

- це закон Брюстера

 

На рис. 1.13 показано, що всі коливання вектора напруженості Е відбитого променя перпендикулярні до площини рисунку, коли і ¢+ r = p /2.

 

Подвійне променезаломлення. Штучна анізотропія

 

Явище поділу променя на два внаслідок різного заломлення, що пояснюється анізотропією властивостей матеріалу, називається подвійним променезаломленням (рис. 1.14).

Один промінь, що вийшов з кристалу – є звичайним, інший, він відрізняється площиною поляризації – незвичайний.

Різна швидкість розповсюдження світла в різних напрямках - це прояв анізотропії властивостей.

Природні кристали, які мають такі властивості: турмалін, кварц.

Подвійне променезаломлення можна спостерігати також за допомогою зовнішнього впливу на певні типи матеріалів, в яких молекули можуть переорієнтовуватись і таким чином проявляти анізотропію при зовнішніх впливах. Як правило, мірою оптичної анізотропії, яка виникає, служить різниця показників заломлення звичайного і незвичайного променів.

Штучна поляризація досягається дією зовнішнього тиску, електричним полем, або магнітним полем (, , ).

Деякі речовини (кварц, скипідар, розчин цукру, винної кислоти) здатні викликати обертання площини поляризації при проходженні через них плоскополяризованого світла. Це – оптично активні речовини.

Закон Малюса

Поляризатор Р – пластинка, після про-ходження якої, виходить плоскополяризоване світло.

При проходженні поляризованого світла через аналізатор (другий по ходу променя поляризатор) напруженість поля залежить від орієнтації поляризатора Р і аналізатора А.

.

Інтенсивність світла пропорційна Е ², тому що вона визначається енергією електромагнітної хвилі, з якою зв’язана і величина Е ². Відповідно, поскільки І ~ E ²

- Це закон Малюса

І – інтенсивність поляризованого світла, що пройшло поляризатор, j - кут між поляризатором і аналізатором.

Для неполяризованого світла, інтенсивністю І_е, що падає на поляризатор Р і інтенсивності світла, що пройшло через аналізатор А маємо:

.

Це пояснюється випадковим характером розподілу інтенсивності природнього (неполяризованого) світла по напрямках.

 

КВАНТОВА ОПТИКА

 

Квантова оптика – це розділ фізики, що вивчає взаємодію світла з речовиною та різні світлові явища як прояв взаємодії особливих частинок – фотонів.

 

 

Теплове випромінювання