25. Свет как электромагнитная волна.

Световая волна обладает КВД (корпускулярно-волновой дуализ­м): свет как э/м волна и как поток частиц. Первое рассматривается в волновой оптике.

Из Е и Н ( и ) основное воздействие (фотохимическое, фотоэлектрическое, физиологическое) оказывает световой вектор .

.

и с А/r – амплитудой для сферической волны.

Введем абсолютный показатель преломления среды ; ( ) (2)

Откуда . (3) Для прозрачных веществ, как правило, , тогда

(2) и (3) дают связь оптических свойств с электрическими и магнитными. n характеризует оптическую плотность вещества.

Относительный показатель преломления . Диапазон видимого света в вакууме: (3,8-7,6)*10^-7 м = 0,38-0,76 мкм

В среде Частота определяется как и имеет порядок около 10¹⁵ Гц.

Интенсивность света:

Еще одна полезная формула I ~A² .

26.Принцип суперпозиции волн. Интерференция волн. Условия наблюдения интерференционных максимумов и минимумов.

Интерференция световых волн

Пусть в одном направлении распространяются 2 световые волны:

и

Тогда ,

где .

Если , то волны являются когерентными. Когерентными называются волны, у которых и постоянна во времени разность фаз.

Для некогерентных волн δ непрерывно изменяется и ее среднее по времени значение = 0, поэтому

или .

Для когерентных волн (1)

Явление перераспределения светового потока в пространстве, в результате чего в одних местах возникают максимумы интенсивности, а в других - минимумы, называется интерференцией.

Пример: Пусть . Из (1) следует: .Все естественные источники света некогерентны. Объяснение: Излучение тел состоит из волн, испускаемых многими атомами. Каждый атом излучает цуг волн продолжительностью с и протяженностью = 3 (м). Через τ излучение одной группы атомов сменяется излучением другой группы. Фазы разных цугов даже от одних атомов между собой не связаны, т.е. меняются случайным образом, так что при усреднении .

Как же в таком случае можно вообще наблюдать интерференцию? Проблема решается просто! Нужно путем отражений или преломлений разделить одну волны на 2 или более волн, которые после прохождения разных оптических длин путей следует вновь наложить друг на друга. Тогда наблюдается интерференция.

Разделим в т.О (рис.2) волну на две когерентные. В т.О фаза равна ,

в т. Р фаза 1-й волны: , a

2-й волны: . Тогда разность фаз двух колебаний в точке наблюдения Р будет равна:

.

Заменим на , тогда получим:

, (2)

где (3) - оптическая разность хода.

Если (4)

где , то δ является кратной 2π и колебания, возбуждаемые в т.Р обеими волнами, будут происходить с одинаковой фазой и усиливают друг друга , т.е. (4) выражает условие максимума..

Условие минимума: (5)

при , т.е. на разности хода укладывается нечетное число полуволн в вакууме и колебания в т.Р обеих волн находятся в противофазе.

27. Временная и пространственная когерентность

Под когерентностью подразумевается согласованное протекание колебательных или волновых процессов. При этом степень согласованности может быть различной.

Различают временную и пространственную когерентность.

Временная когерентность определяется разбросом частот Δω или разбросом значений модуля волнового вектора k, так как .

Пространственная же связана с разбросом направлений вектора .

При рассмотрении временной когерентности большую роль играет время срабатывания прибора t_приб. Если за t_приб cosδ принимает все значения от -1 до +1, то ; если за t_приб , то прибор фиксирует интерференцию и волны когерентны. Вывод: Когерентность – понятие относительное. Волны, когерентные при наблюдении прибором с малым t_приб , могут быть некогерентными при приборе с большим t_приб.

Для характеристики когерентных свойств волн вводится понятие времени когерентности . Это – время, за которое изменение фазы волны достигает значения ~π. Теперь можно ввести

критерий когерентности: t_приб « . (6)

Длина когерентности(длина цуга) - . (7)

Это – расстояние, на котором изменение фазы волны достигает значения ~π.

Для получения интерференционной картины путем деления световой волны на две необходимо, чтобы . Это требование ограничивает наблюдаемое число интерференционных полос. Расчеты дают следующие соотношения:

~ ~ . (8) ~ . (9)

При рассмотрении пространственной когерентности критерий записывается в виде: , (10)

где φ - угловой размер источника, d – его линейный размер.

При смещении вдоль волновой поверхности, излучаемой источником, расстояние, на котором фаза меняется не более чем на π, называется длиной пространственной когерентности или радиусом когерентности:

~ . (11)

Для солнечных лучей (φ ~ 0,01 рад, λ ~ 0,5 мкм. Тогда = 0,05 мм.