Билет 1

1. Оптика как раздел физики. Геометрическая, волновая, корпускулярная оптика. Световое оптическое излучение в шкале электромагнитных волн. Основная оптическая постоянная среды, ее связь с диэлектрической и магнитной постоянными. Дисперсия показателя преломления.

Оптика — раздел физики, рассматривающий явления, связанные с распространением электромагнитных волн преимущественно видимого и близких к нему диапазонов (инфракрасное и ультрафиолетовое излучение). Оптика описывает свойства света и объясняет связанные с ним явления.

Геометрическая оптика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств. Основное понятие – световой луч.

В олновая оптика— раздел оптики, который описывает распространение света с учётом его волновой природы.

Корпускулярная оптика - раздел физики, в котором изучаются законы движения заряженных частиц (электронов и ионов) в электрических и магнитных полях.

от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный)

Основная оптическая постоянная – , так же ,

2. Дифракция света. Метод зон Френеля. Дифракция на щели и нити. Дифракционная решетка. Условие максимумов и минимумов. Разрешающая способность дифракционной решетки.

Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики.

Принцип Гюйгенса – Френеля: световая волна, возбуждаемая каким-либо источником в некоторой точке пространства, является результатом интерференции когерентных вторичных волн, «излучаемых» вторичными источниками света.

М етод зон Френеля. Согласно этому методу, в любой момент времени волновую поверхность (рис. 2.4) разбивают на отдельные зоны таким образом, что разность расстояний от двух соседних зон до точки наблюдения (т. е. разность хода соответственных лучей от двух соседних зон Френеля до точки ) равна половине длины волны (/2). Волны, имеющие разность хода /2, будут иметь разность фаз, равную , и, следовательно, при интерференции будут ослаблять друг друга. Зоны Френеля – участки, на которые разбивают поверхность фронта световой волны для упрощения вычислений при определении амплитуды волны в заданной точке . Если перекрыть все четные (или нечетные) зоны Френеля, то колебания, приходящие от открытых зон, будут совпадать по фазе и, следовательно, при интерференции будут усиливать друг друга. Такое перекрытие можно осуществить, поместив в плоскости отверстия так называемую зонную пластинку. В простейшем случае она представляет собой стеклянную пластинку, на которую нанесена система концентрических темных колец определенного радиуса, чередующихся с прозрачными кольцами. При надлежащем подборе размеров колец такая пластинка будет перекрывать четные (или нечетные) зоны Френеля и ее действие окажется аналогичным действию собирающей линзы. Эксперимент, проведенный с такой пластинкой, доказывает правомерность деления волнового фронта на зоны Френеля.

Дифракция на щели. С нитью происходит то же самое. Пусть плоская монохроматическая волна нормально падает на экран, в котором имеется узкая длинная щель шириной (рис. 2.7). Обычно в центре светлое пятно.

Е сли на пути дифрагированных лучей поставить собирающую линзу, а в фокальной плоскости линзы разместить экран, то на экране можно наблюдать результат интерференции дифрагированных лучей – дифракционную картину.

Когда фронт волны дойдет до щели и займет положение , то все его точки станут источниками вторичных волн, распространяющихся во всех направлениях вперед от (в соответствии с принципом Гюйгенса).

Отрезок есть оптическая разность хода лучей от краев щели, возникшая в результате дифракции.

Для расчета дифракционной картины применим метод зон Френеля. Мысленно разделим отрезок на отрезки, длина которых равна половине длины волны падающего света. Количество полученных таким образом отрезков будет Разобьем волновой фронт на зоны Френеля. Лучи, идущие от двух соседних зон Френеля, приходят в точку наблюдения в противофазе и, интерферируя, гасят друг друга. Следовательно, при четном числе зон Френеля (где – целое число) в данной точке экрана будет наблюдаться минимум освещенности. Углы, соответствующие минимумам освещенности, определяются из условия Это выражение принято называть условием наблюдения дифракционных минимумов при дифракции на одной щели, а число обычно называют порядком дифракции.

Если же для данной точки наблюдения на щели умещается нечетное число зон Френеля , то в этой точке на экране будет наблюдаться максимум освещенности. Углы, соответствующие максимумам освещенности, определяются из следующего условия: носящего, в свою очередь, название условие дифракционного максимума при дифракции на одной щели.

Центральный максимум будет расположен напротив центра щели. При наблюдении дифракции от источника белого света наблюдается дисперсия, и максимумы более коротких волн лежат ближе к центру. Центральный максимум будет белым. Дифракционную картину в таких случаях называют дифракционным спектром.

Дифракционная решетка  спектральный прибор, представляющий собой совокупность большого числа регулярно расположенных одинаковых параллельных друг другу щелей шириной , разделенных непрозрачными промежутками шириной . Дифракционные решетки применяются для разложения излучения в спектр, определения длины волны света и пр.

Условие главных минимумов при дифракции на дифракционной решетке: условие главных максимумов при дифракции на дифракционной решетке будет иметь вид . Условие добавочных минимумов при дифракции на решетке, содержащей щелей, имеет вид Максимальный порядок спектра, который можно получить с помощью дифракционной решетки с периодом , определяется из условия максимума Так как модуль синуса не может быть больше единицы, то возможный самый большой порядок спектра

Билет 2