1Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом

Свет – поток фотонов. С точки зрения волновой оптики световая волна – это процесс колебания электрического и магнитного полей, распространяющихся в пространстве.

Скорость света в вакууме300 000 км в секунду

Характеристики световых волн

— длина волны

— скорость распространения

— частота

Уравнение световой волны имеет , где - волновое число, - радиус-вектор, - начальная фаза.

2Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной. Волны и возбуждающие их источники называются когерентными, если разность фаз волн не зависит от времени. Волны и возбуждающие их источники называются некогерентными, если разность фаз волн изменяется с течением времени

При этом может наблюдаться как увеличение интенсивности света (когда накладываются волны с одинаковыми фазами), так и ослабление интенсивности (при сложении волн с противоположными фазами).

3Интерференция света в тонких плёнках

Интерференция в тонкой плёнке. Альфа — угол падения, бета — угол отражения, жёлтый луч отстанет от оранжевого, они сводятся глазом в один и интерферируют.

Получить устойчивую интерференционную картину для света от двух разделённых в пространстве и независящих друг от друга источников света не так легко, как для источников волн на воде. Атомы испускают свет цугами очень малой продолжительности, и когерентность нарушается. Сравнительно просто такую картину можно получить, сделав так, чтобы интерферировали волны одного и того же цуга^[1]. Так, интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной , отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, отчего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при , где  — длина волны. Если  нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм.

Лучи соседних участков спектра по обе стороны от  нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску. В приближении геометрической оптики, когда есть смысл говорить об оптической разности хода лучей, для двух лучей

 — условие максимума;

 — условие минимума,

где k=0,1,2... и  — оптическая длина пути первого и второго луча, соответственно.

Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.

4Дифракция света - явление огибания светом преграды или прохождения через узкое отверстие.

Принцип Гюйгенса: Каждая точка, до которой доходит волновое возбуждение, является в свою очередь центром вторичных волн; поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение к этому моменту фронта действительно распространяющейся волны.

Зоны Френеля: Френель предложил разбить волновую поверхность на кольцевые зоны такого размера, чтобы расстояние от краев до точки наблюдения отличалось на λ/2. Колебания от соседних зон проходит до точки наблюдения расстояние отличающееся на λ/2 и приходит к точке наблюдения в противоположной фазе по отношению к предыдущему колебанию и при наложении эти колебания будут ослаблять друг друга.

6Дифракционная решётка - оптический прибор, предназначенный для анализа спектрального состава оптического излучения. Дифракционная решётка состоит из тысяч узких и близко расположенных щелей. Из-за интерференции интенсивность света прошедшего через дифракционную решётку различна в различных направлениях. Имеются выделенные направления в которых световые волны от различных щелей решётки складываются в фазе, многократно усиливая друг друга. При освещении решётки монохроматическим светом на её выходе наблюдаются узкие лучи с большой интенсивностью. Так как направления на интерференционные максимумы зависят от длины волны, белый свет , прошедший через дифракционную решётку, будет расщепляться на множество лучей разного цвета. Таким образом мы можем исследовать спектральный состав света. Выражение для интерференционных максимумов одинаково для пары щелей и дифракционной решётки, но в последнем случае максимум оказывается намного более острым и интенсивным, обеспечивая высокое разрешение в спектроскопических исследованиях. Интенсивность максимумов также оказывается пропорциональной второй степени количества освещаемых щелей (штрихов).

8Голография основывается на двух физических явлениях - дифракции и интереференции световых волн. Физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков, при определенных условиях возникает интерференционная картина, то есть, в пространстве возникают максимумы и минимумы интенсивности света (это подобно тому, как две системы волн на воде при пересечении образуют чередующиеся максимумы и минимумы амплитуды волн). Для того, чтобы эта интерференционная картина была устойчивой в течение времени, необходимого для наблюдения, и ее можно было записать, эти две световых волны должны быть согласованы в пространстве и во времени. Такие согласованные волны называются когерентными. Если волны встречаются в фазе, то они складываются друг с другом и дают результирующую волну с амплитудой, равной сумме их амплитуд. Если же они встречаются в противофазе, то будут гасить одна другую. Между двумя этими крайними положениями наблюдаются различные ситуации сложения волн. Результирующая сложения двух когерентных волн будет всегда стоячей волной. То есть интерференционная картина будет устойчива во времени. Это явление лежит в основе получения и восстановления голограмм.

9Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где  — интенсивность падающего на поляризатор света,  — интенсивность света, выходящего из поляризатора,  — коэффициент пропускания поляризатора.

Свойство поперечных волн – поляризация. Поляризованной волной называется такая  поперечная волна, в которой колебания всех частиц происходят в одной плоскости. Такую волну можно получить с помощью резинового шнура, если на его пути поставить преграду с тонкой щелью. Щель пропустит только те колебания, которые происходят вдоль нее.

оляризация света - Возникает, когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и становится поляризованным. Поляризованный свет также свободно распространяется в пространстве, как и обычный солнечный свет, но преимущественно в двух направлениях - горизонтальном и вертикальном. «Вертикальная» составляющая приносит глазу человека полезную информацию, позволяя распознавать цвета и контраст. А "горизонтальная" составляющая создает "оптический шум" или блеск.

10Естественное вращение. Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них плоскополяризованного света. К числу таких веществ принадлежат кристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

Кристаллические вещества сильнее всего вращают плоскость поляризации в случае, когда свет распространяется вдоль оптической оси кристалла. Угол поворота φ пропорционален пути l, пройденному лучом в кристалле:

φ=αl.(15)

Коэффициент α называют постоянной вращения. Эта постоянная зависит от длины волны (дисперсия вращательной способности).

В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути света в растворе l и концентрации активного вещества c:

φ=[α]cl.(16)

Здесь [α] — величина, называемая удельной постоянной вращения.

САХАРИМЕ́ТРИЯ, метод определения концентрации оптически активных веществ (главным образом сахара) в растворах. Применяется в пищевой и химико-фармацевтической промышленности.

11Степень освещенности, форма и расположение окружающих нас предметов воспринимаются внутренней светочувствительной оболочкой - сетчаткой, или ретиной, связанной посредством зрительного нерва с соответствующим отделом коры головного мозга. Для получения правильного зрительного восприятия любого предмета изображение его на сетчатке должно быть четким. Это достигается благодаря свойству глаза приспосабливать свою светопреломляющую систему и этим получать четкое изображение на сетчатке от предметов, различно удаленных от него.

Роль фотографического объектива в нашем глазе играет хрусталик, представляющий собой прозрачное двояковыпуклое тело, напоминающее обычную линзу. При различном удалении наблюдаемых предметов кривизна хрусталика рефлекторно изменяется, благодаря чему оптическая система глаза очень быстро приспособляется к восприятию предметов, находящихся на различном расстоянии от нас. В результате изображение предмета получается на сетчатке резким, что и позволяет правильно и отчетливо воспринимать форму и очертания окружающих нас предметов. Такая способность глаза приспосабливаться к рассматриванию различно удаленных предметов посредством изменения кривизны хрусталика называется аккомодацией.

Следовательно, глаз человека устроен так, что не может одновременно отчетливо видеть предметы, находящиеся от него на разном удалении. Поэтому вполне очевидно, что при прицеливании нет возможности одновременно с одинаковой отчетливостью видеть прицельные приспособления и мишень, находящиеся на разном удалении от глаза стрелка. Помня об этом, во время прицеливания не следует излишне напрягать зрение в напрасных попытках одновременно все видеть отчетливо.

Нормальный глаз в состоянии покоя установлен на восприятие дальних предметов, так сказать, на бесконечность. Для того чтобы переключиться на восприятие предметов, расположенных вблизи, требуется определенное мышечное усилие для изменения кривизны хрусталика. Механизм аккомодации заключается в том, что ресничная мышца рефлекторно сокращается, в результате чего хрусталик принимает выпуклую форму, увеличивая тем самым свое преломление.

При изменении силы естественного освещения уровень чувствительности глаза меняется и глаз адаптируется (приспосабливается) к различному количеству попадающего в него света. Роль, подобную диафрагме в фотографическом аппарате, играет в глазе зрачок - отверстие, имеющееся в середине радужной оболочки. Под действием мышц диаметр зрачка может становиться уже и шире; этим и регулируется количество поступающего в глаз света, а также улучшается глубина фокусировки изображения предмета на сетчатке при сужении зрачка.

12ИНТЕНСИВНОСТЬ СВЕТА -

величина, пропорциональная квадрату амплитуды вектора электрич. напряжённости световой волны. Через значение напряжённости электрического поля её можно выразить следующим образом:

,

где  — диэлектрическая постоянная,  — электродинамическая постоянная (скорость света в вакууме),  — показатель преломления среды,  — магнитная проницаемость вещества,  — диэлектрическая проницаемость вещества.

В однородной среде амплитуда колебаний всех электромагнитных волн одинакова, волны различаются лишь частотой (длинной волны), фазой, степенью поляризации и скоростью изменения этой поляризации. При распространении волн изменения их амплитуды и скорости в пространстве и времени зависят от свойств анизотропности среды, сквозь которую проходят волны.

13

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

14Но если частота волны изменяется, то

волна может завернуть и в другую сторону.

Например, при переходе световой волны из одной среды в

другую её частота остаётся постоянной, и именно поэтому световая

волна поворачивает в ту сторону, где её скорость меньше. Но при

движении световой волны в гравитационном поле её энергия и,

следовательно, её частота изменяется, и поэтому подобные рассуждения

к её поведению неприменимы.

15 – в 13м

16Вну́треннее отраже́ние — явление отражения электромагнитных или звуковых волн от границы раздела двух сред при условии, что волна падает из среды, где скорость ее распространения меньше (в случае световых лучей это соответствует бо́льшему показателю преломления). Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.

В оптике это явление наблюдается для широкого спектра электромагнитного излучения, включая рентгеновский диапазон.

Эндоско́п — группа оптических приборов различного назначения. Различают медицинские и технические эндоскопы. Медицинские эндоскопы используются в медицине для исследования и лечения полых внутренних органов человека (пищевод, желудок, бронхи, мочеиспускательный канал, мочевой пузырь, женские репродуктивные органы, почки, органы слуха), а также брюшной и других полостей тела.

Световод-закрытое устройство для направленной передачи (канализации) света.