Вопрос 17: Поляризация света.

Световые волны являются поперечными: векторы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей световой волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу). Совокупность явлений волновой оптики, в которых проявляется поперечность электромагнитных световых волн, называют поляризацией света. Так как векторы Е и Н световой волны перпендикулярны друг другу, то для описания поляризации достаточно исследовать поведение лишь одного из векторов, в качестве которого обычно выбирают вектор напряженности Е электрического поля электромагнитной волны, называемый электрическим вектором. Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом, характеризуется всевозможными равновероятными направлениями колебаний электрического вектора (рис. 32, а). Равномерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е – одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными направлениями колебаний вектора Е (и следовательно Н) называют естественным (неполяризованным). Свет, в котором направления колебаний электрического вектора каким-то образом упорядочены, называют поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление колебаний вектора Е (рис. 32 б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Наиболее общим типом поляризованного света является эллиптически поляризованный свет, когда конец электрического (магнитного) вектора описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу. Свет, в котором вектор Е колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 32, в), называют плоскополяризованным (линейно поляризованным). Плоскость, проходящая через электрический вектор Е и луч, называется плоскостью поляризации. Если плоскополяризованный свет с амплитудой электрического вектора Е₁ падает на анализатор, то анализатор пропустит только составляющую Е_║ = Е₁ cos α. (34)

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то из (34) получаем I₂ = I₁ cos²α, (35), где I₁ – интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, и I₂ – интенсивность света, вышедшего из анализатора. Уравнение (35) выражает закон Малюса, согласно которому интенсивность света, прошедшего последовательно через поляризатор и анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между их главными плоскостями. Если пропустить естественный свет через два поляризатора, главные плоскости которых образуют угол α, то из первого выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого , из второго, согласно (35), выйдет свет интенсивностью

. (36)

Т.е. (главные плоскости поляризаторов параллельны), (главные плоскости поляризаторов перпендикулярны).

Если вращать анализатор вокруг луча частично поляризованного света, то интенсивность света за анализатором будет изменяться от I_max до I_min. Величина

(37)

характеризует степень поляризации. Здесь I_max и I_min – соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором.

 

Вопрос 13: Дисперсия света.

Дисперсией света называются явления, обусловленные зависимостью показателя преломления вещества от частоты (или длины) световой волны, Эту зависимость можно охарактеризовать функцией

n = f(λ₀), (47)

где λ₀ – длина световой волны в вакууме.

Характер дисперсии становится особенно наглядным, если применить метод скрещенных призм. Первая A₁ (вспомогательная) стеклянная призма разворачивает пучок света вдоль одного направления (пунктирная полоса a – b на рис. 46). Вторая призма A₂, изготовленная из исследуемого вещества, отклоняет каждый из лучей в другом направлении. Это отклонение определяется значением п (λ₀) для данного вещества, так что получающаяся на экране искривленная радужная полоса (a' – b' на рис. 46) наглядно передает ход показателя преломления с длиной волны λ₀. Для всех прозрачных бесцветных веществ функция (47) имеет в видимой части спектра вид, показанный на рис. 48. С уменьшением длины волны показатель преломления увеличивается со все возрастающей скоростью, так что величина , называемая дисперсией вещества, также увеличивается по модулю с уменьшением λ ₀. Такой характер дисперсии называют нормальным. Рис. 47(левый) соответствует случаю нормальной дисперсии. Зависимость п от λ_о в области нормальной дисперсии может быть представлена приближенно формулой:

, (48)

где а, b, с,... – постоянные, значения которых для каждого вещества определяются экспериментально. В большинстве случаев можно ограничиться двумя первыми членами формулы, полагая .

В этом случае дисперсия вещества изменяется по закону: .

Если вещество поглощает часть лучей, в области поглощения и вблизи от нее ход дисперсии обнаруживает аномалию (рис. 47 (правый)). На некотором участке более короткие волны преломляются меньше, чем более длинные. Такой ход зависимости п от λ_о называется аномальнойдисперсией.

 

Вопрос 12: Голография.

На голограмме регистрируется не само изображение предмета, а фиксируется структура световой волны, отраженной предметом.

Для получения голограммы необходимо, чтобы на фотоэмульсию одновременно со светом, рассеянным объектом (предметный пучок), попадала также и некоторая часть света источника, освещающего этот объект (опорный пучок, рис. 31, а). При этом необходимо, чтобы свет, рассеянный объектом, мог интерферировать с опорным пучком. Образующаяся интерференционная картина – чередование темных и светлых областей, регистрируется фотопластинкой. Экспонированная таким образом и проявленная фотопластинка представляет собой голограмму.

Образование видимого изображения с помощью голограммы называется стадией восстановления изображения. Чтобы увидеть изображение объекта в пространстве, голограмму просвечивают, словно диапозитив, опорным пучком света (рис. 31 б). Под углом к освещающему пучку появляется изображение П'. Наблюдатель видит исходный объемный объект висящим в пространстве. На него можно смотреть из разных положений, как через окно, ограниченное размерами голограммы. Термин «Гологрфия» был введен впервые ее изобретателем Д. Габором. Он происходит от греческих слов «олос» – полный и «графо» – пишу и означает: «полная запись». Имеется в виду запись фронта световой волны (пространственной структуры волны), рассеянной объектом Это достигается с помощью интерференционной картины, которая одновременно фиксирует как амплитудные соотношения рассеянного света, т. е. относительные интенсивности, определяющие степень почернения темных частей (контрастность) интерференционного узора, так и ее фазовые соотношения, обусловливающие взаимное расположение темных и светлых пятен.