книги / Физика

нижней грани, преломляется от верхней грани и выходит в вакуум. В точке выхода он движется параллельно отражённому второму лучу и интерферирует с ним (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Интерференция в тонких плёнках

Оптическая разность хода двух лучей

Условие максимумов в отражённом свете

2h n2 sin2 i m .

Условие минимумов в отражённом свете

2h n2 sin2 i (m 12) .

В проходящем свете условия максимумов и минимумов меняются местами.

Если толщина пленки неодинаковая, то в отражённом свете на верхней поверхности пленки видны тёмные и светлые интерференционные полосы – полосы равной толщины (плёнки).

Яркое интерференционное окрашивание возникает только для тонких плёнок толщиной порядка длины волны, т.е. в низких порядках интерференции.

142

Кольца Ньютона. При интерференции света на воздушном зазоре между плоским чёрным зеркалом и плотно прижатой к нему плосковыпуклой линзой, свет падает перпендикулярно плоской поверхности линзы. В микроскопе наблюдается система полос равной толщины воздушного зазора в виде концентрических тёмных и светлых колец. В центре картины находится тёмное пятно (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема для наблюдения колец Ньютона

В отражённом монохроматическом свете радиусы светлых и тёмных колец:

Интерферометры – приборы, метод работы которых основан на явлении интерференции электромагнитных волн. Предназначены для измерения длин волн, показателей преломления, размеров источников света, контроля формы, микрорельефа и деформации оптических деталей.

Рефракция света – искривление световых лучей вследствие преломления в оптически неоднородной среде с непрерывно меняющимся показателем преломления.

143

ЛЕКЦИЯ 24.ДИФРАКЦИЯ

Дифракция волн – огибание волнами препятствий, отклонение волн, при взаимодействии с препятствиями, от законов геометрической оптики.

Дифракция света – проникновение света в область геометрической тени при взаимодействии с непрозрачными препятствиями. Красный свет сильнее дифрагирует (сильнее отклоняется границами тел), чем фиолетовый. Разложение белого света в спектр, вызванное дифракцией, имеет обратную последовательность цветов по сравнению с разложением света при преломлении в призме.

Объяснение (локальное) Юнга 1800 г.: дифракция света обусловлена диффузией световых волн вдоль световых волн вдоль волновых фронтов. Возникновение дифрагированной волны имеет локальный характер и происходит в некоторой окрестности границы тени за краем препятствия. Дифрагированная волна образуется и в освещенной области. В целом образуется вторичная цилиндрическая волна, как бы испускаемая краем препятствия. Интерференция падающей плоской волны

ивторичной цилиндрической от препятствия даёт чередование тёмных и светлых полос выше границы геометрической тени

иотсутствие их ниже границы (рис. 3.4).

Объяснение (интегральное) Френеля 1816 г.: дифракцион-

ное поле волны есть результат интерференции фиктивных вторичных источников, распределённых по всей не закрытой препятствием поверхности фронта падающей волны (рис. 3.5).

Рис. 3.4. Дифракция волн по Юнгу

144

Пример 1. Дифракция Френеля на прямолинейном крае плоского экрана показана на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Дифракция Френеля на прямолинейном крае плоского экрана: а – распределение интенсивностей; б – внутри экрана, в области геометрической тени, интенсивность света уменьшается по степенному

закону I x 2. За экраном наблюдается дифракционная картина: сужающиеся светлые и тёмные полосы

Дифракция Фраунгофера – дифракция в параллельных лучах, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия. Дифракционную картину наблюдают в фокальной плоскости собирающей линзы после препятствия.

Пример 2. Дифракция на узкой щели.

Монохроматический свет падает на щель нормально плоскости.

Амплитуда волны в точке наблюдения

sin a sin

A A0 a sin ,

где условие минимумов

asin n ,

где n 1,2,3,....

Приближенное условие максимумов (кроме нулевого):

asin 2m 1 2 m 1,2,3,....

147

Распределение интенсивностей I A2(sin ), рис. 3.8:

Рис. 3.8. Распределение интенсивности света после дифракции на щели

Пример 3. Дифракция на одномерной дифракционной решётке.

При нормальном падении света на решётку, где период решётки d a b:

148

Последний сомножитель – это периодическая функция, содержащая главные максимумы, между которыми находятся вторичные максимумы и минимумы малой интенсивности.

Первый сомножитель – широкий sincx – огибающая последнего сомножителя (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Распределение интенсивности света после дифракции на дифракционной решётке

Дисперсия дифракционной решётки – величина спек-

трального интервала, в котором спектр данного порядка не перекрывается спектрами соседних порядков. Определяется из

соотношения d sin m( ) m 1 :

m .

Разрешающая способность

R ,

где – минимальная разность длин волн, которые можно видеть в спектре.

149

ЛЕКЦИЯ 25.ПОЛЯРИЗАЦИЯ

Поляризация волн – характеристика волн, определяющая пространственную направленность векторных волновых полей. Различают продольно поляризованные волны (плоские однородные плазменные волны) и поперечные поляризованные волны (плоские однородные электромагнитные волны в вакууме или среде). В последнем случае векторы электрического и магнитного

поля перпендикулярны волновому вектору волны (E B) k .

Монохроматическая волна всегда полностью поляризована. Проекционная картина полностью поляризованного света в общем случае является эллипсом, который описывает конец

вектора E волны. Это эллиптически поляризованная световая волна. При вырождении эллипса поляризации в отрезок линии получается линейно поляризованная волна. Плоскость колеба-

ния вектора E тогда называется плоскостью поляризации. Если эллипс поляризации превращается в окружность, тогда волна является циркулярно (по кругу) поляризованной волной.

Свет, испущенный отдельным атомом, всегда плоско поляризован. Естественный свет, от множества атомов содержит все направления и является неполяризованным.

Поляризаторы – устройства для превращения неполяризованного света в плоскополяризованный свет.

Анализаторы – устройства для исследования характера и степени поляризации света. Если на одноосный кристалл падает естественный свет, то на выходе образуется два линейно поляризованных луча, обыкновенный о и необыкновенный е, плоскости поляризации которых перпендикулярны.

Опыт Малюса: естественный луч падает на поляризатор – два кристалла исландского шпата, склеенные канадским бальзамом

(рис. 3.10). Линейно поляризованный свет I0 12 Ie после поляри-

затора далее падает на анализатор, плоскость поляризации которого повёрнута на угол относительно поляризатора. Интенсив-

ность линейно поляризованного света после анализатора определя-

ется закономМалюса:

I I0 cos2 .

150