Дифракция света

С

Э

интерференцией волн тесно связано другое важное явление — дифракция. Дифракцией называется явление огибания волнами препятствий. Дифракция зависит от соотношения размеров препятствия и длины волны. Она проявляется заметным образом, если размеры препятствий и длины волны соизмеримы. Поэтому дифракция звуковых волн наблюдается легко, а в случае света, длина волны которого много меньше размеров препятствий, наблюдается в специальных условиях. Так, можно через приоткрытую дверь слышать собеседников в соседней комнате, даже если вы их не видите. На языке оптики дифракция означает проникновение света в область геометрической тени.

Лучи принцип гюйгенса

Явление дифракции объясняется на основе принципа Гюйгенса — Френеля. Этот принцип формулируется следующим образом: всякая точка, до которой дошёл фронт волны, является источником вторичных когерентных волн. Огибающая этих волн даёт новый фронт волны. В изотропных средах фронт вторичных волн имеет форму полусфер, поскольку скорость волны во всех направлениях одинакова. Принцип Гюйгенса — Френеля пригоден для описания поведения волн любой физической природы. Однако в случае механических волн он имеет наглядное истолкование, поскольку частицы среды, колеблясь, приводят в колебательное движение соседние частицы, т.е. действительно являются источниками колебаний. Сформулированный принцип объясняет отклонение волны от прямолинейного распространения при её прохождении через щель. Пусть на щель падает плоская волна. Из рис. 1 видно, что у краёв щели фронт волны изменяется, а следовательно, изменяется и направление лучей, поскольку они перпендикулярны к фронту волны.

Голография 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 г олограмм.Обычные источники света не обладают достаточной степенью когерентности для использования в голографии. Поэтому решающее значение для ее развития имело изобретение в 1960 г. оптического квантового генератора или лазера - удивительного источника излучения, обладающего необходимой степенью когерентности и могущего излучать строго одну длину волны.

Сущность записи изображения заключается в следующем. Если пучок когерентного света разделить на два и осветить регистрируемый объект только одной частью пучка, направив вторую часть на фотографическую пластинку, то лучи, отраженные от объекта, будут интерферировать с лучами, попадающими непосредственно на пластину от источника света. Пучок света, падающий на пластину, назвали опорным, а пучок, отраженный или прошедший через объект, предметным. Учитывая, что эти пучки получены из одного источника излучения, можно быть уверенным в том, что они когерентны. В данном случае интерференционная картина, образующаяся на пластинке, будет устойчива во времени, т.е. образуется изображение стоячей волны.-->

Полученная интерференционная картина является кодированным изображением, описывающим объект таким, каким он виден из всех точек фотопластинки. В этом изображении сохранена информация как об амплитуде, так и о фазе отраженных от объекта волн и, следовательно, заложена информация о трехмерном (объемном) объекте. Фотографическая запись картины интерференциипредметной волны и опорной волны обладает свойством восстанавливать изображение объекта, если на такую запись снова направить опорную волну. Т.е. при освещении записанной на пластине картины опорным пучком восстановится изображение объекта, которое зрительно невозможно отличить от реального. Если смотреть через пластинку под разными углами, можно наблюдать изображение объекта в перспективе с разных сторон. Конечно, полученную таким чудесным способом фотопластинку нельзя назвать фотографией. Это - голограмма.

Дополнения к поляризации: Поляризация света. Закон Малюса , где – интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через анализатор (второй поляроид); – интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через поляризатор (первый поляроид) и падающего на анализатор; – угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.

Если неполяризованный свет интенсивностью I0 проходит через поляризатор, то прошедший свет становится плоскополяризованным, интенсивность которого I связана с I0 I = 1/2 I₀ ,

Закон Брюстера , где – угол падения луча, при котором отраженный от границы раздела диэлектриков луч является плоскополяризованным, – абсолютные показатели преломления диэлектриков.

Угол поворота плоскости поляризации: для оптически активных кристаллов и чистых жидкостей

а) в твердых телах: , б) в растворах

где – длина пути, пройденного светом в оптически активном веществе; – постоянная вращения, - массовая концентрация оптически активного вещества в растворе.

Искусственная анизотропия:

При помещении диэлектрика в достаточное сильное однородное внешнее электрическое поле он становится оптически анизотропным. При прохождении света через такой диэлектрик происходит поворот плоскости поляризации. Это называется эффектом Керра. , где Е –напряженность электрического поля, В – постоянная Керра, l – длина пути луча.

Также нарушение изотропных свойств среды может происходить при деформации (например сжатии).

Р=	Р - давление, производимое светом при нормальном падении на поверхность: Ее = Nhn - облученность поверхности (энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени); r - коэффициент отражения; с - скорость света в вакууме.