random books / Рисин В.Е., Гриднев А.Е. - Курс общей физики. Оптика_ Учебное пособие-Изд-во ВГУ (2003)

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

К у рсо б щ ей ф и зи ки . О пти ка

У чебноепособи е

Специ альности 013800 - ради офи зи каи электрони ка,

014100 - ми кроэлектрони каи полупров одни ков ы епри боры

Воронеж

2003

2

У тв ерж дено научно-методи чески м Сов етом фи зи ческого факультета18 и ю ня 2003 г. протокол№ 6.

Состав и тели : Ри си нВ .Е . Гри днев А .Е .

У чебноепособи еподготов лено накафедреобщ ей фи зи ки фи зи ческого факультетаВ оронеж ского государств енного уни в ерси тета.

Рекомендов ано для студентов 2 курсад/о фи зи ческого факультета.

3

П рограмма курса опти ки яв ляется в есьма насы щ енной. П ри чем, необходи мо непросто сообщ и тьнекоторы й объ ем и нформаци и , но и научи тьметодологи ческому подходу ки сследов ани ю фи зи чески х яв лени й, датьнав ы ки и спользов ани я полученны х знани й при реш ени и разли чны х практи чески х задач. И з-заограни ченного объ ема лекци онны х часов наи болеев аж ны е, при н- ци пи альны е в опросы рассматри в аю тся в лекци онном курсе, однако значи - тельная частьучебного матери алав ы носи тся для самостоятельного и зучени я в лабораторном практи куме(теорети чески й матери алк8 и з12 в ы полняемы х лабораторны х работ в лекци онном курсенерассматри в ается и ли рассматри - в ается только части чно и и зучается самостоятельно споследую щ и м контролем преподав ателя при сдаче соотв етств ую щ и х лабораторны х работ. Э тот матери алв экзаменаци онны ев опросы нев клю чается).

Самостоятельно и зучаю тся следую щ и еразделы (в опросы ) курса:

1. Геометри ческая опти ка (в том чи сле центри ров анная опти ческая си стема).

2.Д и сперси я св ета(и , в частности , поглощ ени есв ета).

3.Спектральны й анали з.

4.Ф отоэффект. Св ойств афотонов .

в ещ еств ами и его объ яснени е.

4

П ро грам м а л екци о нно го ку рса

1. П редмет курса опти ки . П ри рода св ета. О пти чески й ди апазон. У рав - нени е плоской монохромати ческой в олны . О снов ны е характери сти ки электромагни тны х в олн. О снов ны есоотнош ени я меж ду в екторами E , H и k в электромагни тной в олне. П лотностьпотокаэнерги и , и нтенси в ностьсв ета.

2. П оляри заци я св ета. В и ды поляри заци и . П редстав лени есв етаслю бой поляри заци ей в в и десуперпози ци и дв ух ли нейно поляри зов анны х в олн. П о- лучени еполяри зов анного св ета. П оляри заторы .

3. О траж ени еи преломлени ев олннаграни це разделадв ух ди электри - ков . В ы в од формул Ф ренеля для параллельной и перпенди кулярной компонент. Ф ормулы Ф ренеля для случая нормального падени я св ета на грани цу раздела дв ух ди электри ков . Расчёт и нтенси в ностей отраж енной и преломленной в олны спомощ ью формулФ ренеля.

4. Св язьмеж ду и нтенси в ностями I0, I1, I2 на грани цераздела дв ух ди - электри ков . Э нергети чески е коэффи ци енты отраж ени я R и пропускани я T св ета, и х фи зи чески й смы сл. Зав и си мости R|| , R от угла падени я св ета ϕ на грани цу раздела дв ух ди электри ков . У голБрю стера. Ч асти чно поляри зов анны й св ет. Степень поляри заци и . В ещ еств енны й характер формул Ф ренеля (при ϕ<ϕпред) и в озмож ны е фазов ы е сдв и ги меж ду колебани ями E1 и E0, а такж еE2 и E0.

5. А нали зфазов ы х соотнош ени й в формулах Ф ренеля.

П олноев нутреннееотраж ени есв ета. Графи ки R|| , R . П рони кнов ени е св ета в о в торую среду при полном в нутреннем отраж ени и св ета. К омплексны й характер формул Ф ренеля при ϕ>ϕпред. И зменени е поляри заци и отра- ж енной в олны при углах больш и х предельного.

6.И нтерференци я в олн. К в ази монохромати чески й св ет. У слов и я наблю дени я и нтерференци и . И нтерференци онны есхемы .

7.Задача сдв умя когерентны ми и сточни ками . Ш и ри на и нтерференци -

онны х полос. О пти ческая разностьхода. В и ди мостьи нтерференци и . П оняти е спектра и злучени я. П ростейш и е модели и злучени я и сточни ков св ета. Спектральноераспределени есв етов ы х и мпульсов спостоянной ампли тудой

5

и мпульсов . Ч асти чная когерентность. В ремя и дли накогерентности . П оняти е

9. В ли яни еразмеров и сточни ка на и нтерференци ю . У слов и я хорош ей в и ди мости . П ространств енная когерентность. Размер области пространст- в енной когерентности .

Д и электри чески еи нтерференци онны епокры ти я.

10. Д и фракци я св ета. Д и фракци я Ф ренеля и ди фракци я Ф раунгофера. П ри нци п Гю йгенса-Ф ренеля. И нтегралК и рхгофа. К оэффи ци ент k(ϕ). М етод зонФ ренеля. К ри тери и ти пади фракци и .

11. Д и фракци я Ф раунгофера на щ ели . В ы в од и анали зраспределени я и нтенси в ности ди фракци онной карти ны от угла ди фракци и Iϕ . Графи к Iϕ . Д и фракци я Ф раунгоферанапрямоугольном и круглом отв ерсти и .

12. Разреш аю щ ая способностьопти чески х при боров . К ри тери й Рэлея. Д и фракци я Ф раунгофера на ампли тудной реш етке. В ы в од распределени я Iϕ для ди фракци онной реш ётки .

13. А нали зраспределени я Iϕ для ди фракци онной реш ётки . У слов и я ди - фракци онны х макси мумов и ми ни мумов . О собенности многолучев ой и нтерференци и . П остроени еграфи ка I(sinϕ). Н аклонноепадени есв ета на ди фракци онную реш ётку.

Д и фракци онная реш ётка какспектральны й при бор. У глов ая и ли нейная ди сперси я ди фракци онной реш ётки . Разреш аю щ ая способностьди фрак-

лени е. О снов ны езакономерности дв ойного лучепреломлени я. О дноосны еи дв уосны еполож и тельны еи отри цательны екри сталлы . О бъ яснени едв ойного

6

лучепреломлени я. Т ензор ди электри ческой прони цаемости . Н есов падени е

векторов D и E , атакж еN и S в ани зотропны х средах.

16.В ы в од в ы раж ени я для кв адрата фазов ой скорости . А нали зчастны х

сталлах. П остроени я Гю йгенсадля одноосны х кри сталлов .

17. ЗаконМ алю са. П олучени еи анали зполяри зов анного св ета. Распространени есв етав кри сталли чески х пласти нках, в ы резанны х параллельно опти ческой оси . П ласти нкав полв олны и пласти нкав четв ертьв олны . К омпенсаторы .

18. И скусств енная ани зотропи я. А ни зотропи я при механи чески х деформаци ях. Э ффект К ерра. Э ффект К оттона-М утона.

Группов ая скоростьсв ета. Ф ормулаРэлея. Си гнальная скорость.

19. А томны епереходы . Спонтанноеи злучени е, среднеев ремя ж и зни в в озбуж денном состояни и . В ы нуж денное и злучени е. П ри нци пдейств и я лазеров . В заи модейств и еи злучени я св ещ еств ом (элементарны епроцессы ). В озмож ность когерентного уси лени я. И нв ерсная заселенность уров ней. Создани еакти в ной среды - накачка.

20. Т рехуров нев ы еси стемы . О сущ еств лени еполож и тельной обратной св язи в опти ческом резонаторе. К олли ми ров ани еи монохромати заци я и злучени я в опти ческом резонаторе.

21. Ф и зи чески еоснов ы голографи и . Голограммаплоской в олны . Голограмма прои зв ольного объ екта. Т ехни чески е требов ани я при запи си голограмм.

22.Н ели нейны еяв лени я в опти ке. Генераци я в торой гармони ки . О пти - ческое детекти ров ани е. И зменени е комплексного показателя преломлени я. Самофокуси ров касв ета. Ф азов ы й си нхрони зм.

23.Рав нов есноетеплов оеи злучени е. П оняти еабсолю тно черного тела.

Законы теплов ого и злучени я.

Лю ми несценци я.

Ли тература, рекомендуемая для самостоятельной работы [1-11].

7

Тем ыи во про сыко л л о кви у м а

Д и сперси я св ета

Вы в од зав и си мости ε(ω).

4.Ф и зи чески й смы слкомплексного показателя преломлени я.

5. А нали зди сперси онной зав и си мости n(ω) в дали от ли ни й поглощ е- ни я и в области аномальной ди сперси и .

Л и тературадля подготов ки : [10].

О траж ени еи преломлени есв етанаграни церазделадв ух ди электри ков 1. В ы в од формулФ ренеля для || и компонент (обрати тьв ни мани ена то, какучи ты в ается поляри заци я св ета, когда справ едли в ы грани чны еусло-

в и я для E и для H, и спользуемы епри в ы в оде, какосущ еств ляется переход к ампли тудам).

2. П олучи ть формулы Ф ренеля для случая нормального падени я св ета (ли бо непосредств енно и зграни чны х услов и й, ли бо предельны м переходом от формулдля || и компонент).

3. Расчет и нтенси в ностей с и спользов ани ем формул Ф ренеля. П олу-

4. А нали зэнергети чески х соотнош ени й награни цераздела2-х ди электри ков (зав и си мости r||2 (ϕ), r 2(ϕ), уголБрю стера, поняти ечасти чно поляри - зов анного св ета, степеньполяри заци и ).

5. А нали зфазов ы х соотнош ени й (показать, что при отраж ени и и преломлени и св етапри углах меньш епредельны х фазаотраж енной в олны мож ет отли чаться от фазы падаю щ ей только на в ели чи ну кратную π - т.е. E1 и E0, а такж е E2 и E0 ли бо си нфазны , ли бо колеблю тся в проти в офазе. П ров ести анали зфазов ы х соотнош ени й для формулФ ренеля).

8

св ета. К омплексны й характерформулФ ренеля при углах падени я ϕ>ϕпр. Ч то это означает и к чему мож ет при в оди ть? П оказать, что при углах падени я больш и х предельного св ет прони кает в о в торую среду и в дольграни цы разделараспространяется неоднородная в олна. П очему гов орят, что св ет прони - кает наглуби нупорядкаλ?

П ереченьл аб о рато рныхраб о т по о пти ке

5.Работа № 10. И змерени епоказателей преломлени я ж и дкостей спомощ ью рефрактометра.

6.Работа№ 11. П олучени еи анали зполяри зов анного св ета.

мы Ф ренеля.

10. Работа № 15. И нтерференци я полосрав ного наклона. О пределени е дли ны в олны и злучени я лазераи порядкаи нтерференци и .

11. Работа№ 16. О пределени едли ны св етов ой в олны спомощ ью колец

Нью тона.

12.Работа № 17. Спектроскопи ческое и сследов ани е « хромати ческой поляри заци и » св ета.

13.Работа№ 18. Д и фракци я Ф ренеля накруглом отв ерсти и .

14. Работа № 20. И зучени еди фракци и Ф раунгофера на щ ели и тонкой

ни ти .

9

15.Работа№ 21. О пределени е пери одаи углов ой ди сперси и ди фракци - онной реш ётки .

16.Работа№ 22. Д и фракци я лазерного и злучени я наразли чны х прегра-

дах.

17.Работа № 23. И зучени еди фракци и Ф раунгофера на отв ерсти ях разли чной формы и реш ётках.

методи чески х указани ях ксоотв етств ую щ и м работам.

П ро грам м а практи чески хзаня ти й

(П оследов ательностьтем практи чески х заняти й и номера задач, рекомендуемы едля реш ени я по курсу: « О П Т И К А ».)

Заняти е7. Д и фракци я Ф раунгоферанащ ели и круглом отв ерсти и . Раз-

ПО К У РСУ “О П ТИК А”

1.О пти чески й ди апазон дли н в олн. У рав нени еплоской монохромати -

ческой в олны . О снов ны е характери сти ки в олны (ампли туда, частота, фаза, начальная фаза, дли нав олны , в олнов ой в ектор, в олнов оечи сло, фазов ая скорость). О снов ны есоотнош ени я меж ду в екторами E , H и k в электромагни т- ной в олне. П лотностьпотокаэнерги и , и нтенси в ностьсв ета.

2. П оляри заци я св ета. В и ды поляри заци и . П редстав лени есв ета стой и ли и ной поляри заци ей в в и десуперпози ци и 2-х ли нейно поляри зов анны х

услов и я. В ы в од формул Ф ренеля для параллельной и перпенди кулярной компонент. П олучи тьформулы Ф ренеля для нормального падени я св ета на грани цураздела2-х ди электри ков . Расчёти нтенси в ностей отраж енной и преломленной в олны спомощ ью формулФ ренеля.

4. А нали зэнергети чески х соотнош ени й награни цераздела 2-х ди электри ков . Э нергети чески е коэффи ци енты отраж ени я и пропускани я св ета, и х фи зи чески й смы сл. Зав и си мости R||(ϕ), R (ϕ). У гол Брю стера. Ч асти чно поляри зов анны й св ет. Степеньполяри заци и .

5. О бъ ясни ть, почему в ещ еств енны й характерформулФ ренеля при углах падени я меньш и х предельного указы в ает нато, что Е 1 и Е 0 , атакж еЕ 2 и Е 0 колеблю тся ли бо си нфазно, ли бо в проти в офазе. А нали зфазов ы х соотнош ени й в формулах Ф ренеля.

6. П олноев нутреннееотраж ени есв ета. Графи ки R||(ϕ), R (ϕ) для случая n1>n2. К омплексны й характерформулФ ренеля при углах падени я ϕ>ϕпр. Ч то