Лекция 8

Романовский Олег Анатольевич

Законы геометрической оптики описывают поведение светового луча и

не рассматривают его природу.
Свет же по своей природе обладает корпуску-лярно-волновым дуализмом, т.е. проявляет и волновые, и корпускулярные свойства. Волновые свойства света проявляются в таких оптических явлениях как интерференция, дифракция и поляризация. А такие физические явления как поглощение света веществом, дисперсия света могут быть объяснены как волновыми свойствами света, так и корпускулярными.
Законы теплового излучения, атомные спектры определяются корпускулярными свойствами света.

(рис. 1), но нас будут интересовать только оптический диапазон спектра.

Выделим в нем следующие области:
1)ультрафиолетовая область - длины 5*10-8 до 4*10-7м
2) видимая область - длины волн (4-7)*10-7м
3) инфракрасная область - длины волн от
7*10-7м до 10м.

помощью принципа Гюйгенса, который устанавливает способ построения фронта волны в

момент времени t + t по известному положению фронта волны в момент времени t (рис. 2).

Согласно принципу Гюйгенса каждую точку на первичном волновом фронте следует рассматривать как источник вторичной сферической волны.

Поэтому, изобразив ряд сферических волн, исходящих из первичного волнового фронта, а, затем, построив их огибающую, мы получим форму и положение всей волны в более поздний момент времени (рис. 2).

от вторичных источников, r растет с ростом t.

двух коге-
рентных волн при их наложении в пространстве.
Для возникновения интерференции

волн
необходимо:
1) чтобы волны имели одинаковую частоту

2) разность фаз колебаний полей в этих волнах
оставалась постоянной во времени.

В этом случае интерференционная картина
не размывается со временем и не перемещается
в пространстве.
Волны, удовлетворяющие указанным
условиям, называются когерентными.

принцип: делят одну волну, идущую от источника,
на две волны.

Эти волны будут когерентны и
смогут интерферировать.








Рис. 3 демонстрирует получение когерентных волн
по способу Юнга. Первичный фронт волны делится
на два фронта волны щелями S1 и S2.

хода.
Пусть S1 и S2 источники света (см. рис.5). В

точке В экрана
волны, идущие от этих источников накладываются, при
этом первая волна проходит геометрический путь x1=S1В,
а вторая – x2=S2В.
Если волны распространяются в различных средах,
то оптической разностью хода Δх называют разность
между оптическим ходом первого и второго луча

где n1 и n2 показатели преломления двух сред.

Разность хода и разность фаз
(2 - 1) связаны соотношением

1 = ), разность хода интерферирующих волн равна
половине длине

волны /2.
Тогда условия максимумов интерференции можно
сформулировать следующим образом:
Максимальное усиление результирующего колебания
наступает, если оптическая разность хода слагаемых
волн равна четному числу длин полуволн, т.е.

- условие максимума;

Аналогично формулируется условие минимумов:
Ослабление результирующего колебания будет, если
оптическая разность хода слагаемых волн равна
нечетному числу длин полуволн, т.е.

- условие минимума;

где m=0,1,2,… называется порядком интерференционного
максимума или минимума.

явление отклонения
света от прямолинейного распространения, когда свет,
огибая препятствие,

проникает в область геометрической
тени (рис. 6).

Согласно принципу Гюйгенса все вторичные источ-
ники когерентны между собой, поэтому, если за щелью
поставить экран, то на экране
будем наблюдать перераспре-
деление интенсивности, т.е. в
одних местах экрана будет про-
исходить усиление светового
потока, в других, наоборот, ос-
лабление.
Таким образом, дифракционная
картина также как и интерфе-
ренционная, представляет
собой перераспределение
интенсивности (рис. 7).

фармацевтические лаборатории
не обходятся без спектрального анализа лекарствен-
ных препаратов. При

этом виде анализа используют
разложение белого света на составляющие его цвета
(красный, желтый, зеленый и т.д.) Хорошей
разрешающей способностью обладают спектральные
приборы, в которых разложение осуществляется с
помощью дифракционных решеток.

Дифракционная решётка – это оп-
тический прибор, представляющий
собой совокупность большого чис-
ла N параллельных, равноотстоя-
щих друг от друга штрихов одина-
ковой формы, нанесённых на плос-
кую или вогнутую оптическую
поверхность.

9).
дифракционная решетка
Условие главных
максимумов
дифракционная картина
dsinφ =

 m

Число m указывает
порядок главного
максимума.

Разрешающая спо-
собность дифрак-
ционной решетки
определится как:

где  - разница
длин волн линий
спектра, которые
можно различить.

векторов напряженности электрического поля E или
напряженности магнитного поля H.

Плоская электромагнитная волна является попереч-
ной волной и представляет собой процесс распростране-
ния взаимно перпендикулярных колебаний вектора
напряженности электрического поля Е и вектора
напряженности магнитного поля Н (Рис. 10а).

рис. 10

В естественном свете плоскость колебаний вектора E
(и вектора H) в непрерывно меняется (Рис. 10б).

Свет, в котором колебания
вектора E подчиняются
некоторой закономерности,
называется
поляризованным.

называется плоско поляризованной
или линейно поляризованной (рис. 10а).
рис. 11

а) б) в)

Если же колебания вектора Е совершаются так, что
его конец описывает круг (рис. 10б) или эллипс (рис. 10в),
то свет называется поляризованным по кругу или
эллиптически поляризо-
ванным, соответственно.

Свет, в котором
колебания одного
направления
преобладают над
колебаниями других
направлений,
называется частично
поляризованным.

прозрачных средах скорость света
одинакова по всем направлениям.

Такие среды называются изотропными.
Но в некоторых кристаллах скорость света в
различных направлениях неодинакова. Такие
среды называются анизотропными.
Анизотропными средами являются, например,
кристаллы кварца и исландского шпата.

Еще в конце XVII века было обнаружено, что
кристалл исландского шпата (CaCO3) раздваивает
проходящие через него лучи.
Это явление получило
название двойного
лучепреломления (рис. 12).

рис. 12

преломления и лежит в одной плоскости с падающим
лучом и

нормалью к преломляющей поверхности.
Этот луч называют обыкновенным (о) (рис.13).
Для другого луча, называемого необыкновенным
(e), закон преломления света не выполняется.
Двойное лучепpеломление позволяет постpоить совеp-
шенные поляpизатоpы. Пpизма Николя состоит из двух
пpямоугольных пpизм из исландского шпата. Падающий
луч pазбивается на обыкновенный (о) и необыкновенный
(е). Пеpвый сильнее пpеломляется, чем втоpой, и на гpа-
нице исландский шпат – канадский бальзам испытывает
полное внутpеннее отpажение, т.е. целиком отклоняется
в стоpону. Только необыкновен-
ный луч пpоходит
пpизму. На выходе
пpизмы имеем плоско-
поляpизованный луч.

рис. 13

рис. 14

его именем.
В опытах Малюса свет последовательно
пропускался через две

одинаковые пластинки из
турмалина (прозрачное кристаллическое
вещество зеленоватой окраски). Пластинки
можно было поворачивать друг относительно
друга на угол φ (рис. 15).

рис. 15

Интенсивность прошедшего
света оказалась прямо
пропорциональной cos2 φ:

два поляроида так, чтобы их оптические оси были перпен-
дикулярны друг

другу (рис. 16).
Свет через эту систему поляроидов не пройдет:
первый поляроид превратит естественный свет в линейно
поляризованный, который поглотится во втором.
Поместим теперь на пути светового пучка кювету с
раствором сахара. Мы увидим, что поле зрения просвет-
лилось. Повернув поляроид вправо на некоторый угол ,
мы опять добьемся полного затемнения поля зрения.
Таким образом, при прохождении линейно поляри-
зованного света через раствор сахара плоскость поляри-
зации повернулась на некоторый угол.

Вещества, вызывающие
поворот плоскости поля-
ризации, называются
оптически активными.

рис. 16