15.Дисперсия света.

Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

• Пространственной дисперсией называется зависимость тензора диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора. Такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.

Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является различие скоростей распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно, чем больше частота световой волны, тем больше показатель преломления среды для неё и тем меньше скорость волны в среде:

• у света красного цвета скорость распространения в среде максимальна, а степень преломления — минимальна,

• у света фиолетового цвета скорость распространения в среде минимальна, а степень преломления — максимальна.

Однако в некоторых веществах (например в парах иода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров иода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.

Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.

• Белый свет разлагается в спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.

По аналогии с дисперсией света, также дисперсией называются и сходные явления зависимости распространения волн любой другой природы от длины волны (или частоты). По этой причине, например, термин закон дисперсии, применяемый как название количественного соотношения, связывающего частоту и волновое число, применяется не только к электромагнитной волне, но к любому волновому процессу.

Дисперсией объясняется факт появления радуги после дождя (точнее тот факт, что радуга разноцветная, а не белая).

Дисперсия является причиной хроматических аберраций — одних из аберраций оптических систем, в том числе фотографических и видео-объективов.

Огюстен Коши предложил эмпирическую формулу для аппроксимации зависимости показателя преломления среды от длины волны:

,

где   — длина волны в вакууме; a, b, c — постоянные, значения которых для каждого материала должны быть определены в опыте. В большинстве случаев можно ограничиться двумя первыми членами формулы Коши. Впоследствии были предложены другие более точные, но и одновременно более сложные, формулы аппроксимации.

16. Поляризация света.

I. П. света названо было явление особого видоизменения естественных световых лучей, исходящих от обыкновенного источника света, при котором лучи приобретают как бы различные свойства по различным направлениям, перпендикулярным к направлению луча; такое свойство лучей может быть вызвано в самом источнике света, если поставить последний в некоторые определенные условия (см. ниже), но оно может быть искусственно придано и лучам, вышедшим из источника света в естественном их состоянии. Общепринятая теория света Френеля, объясняющая явления света колебанием частиц эфира, передачей колебания от частицы к частице и являющимся, таким образом, распространением в эфире волн, вполне объясняет и явление П. света предположением о различной возможной форме путей колебания частиц эфира. Эта теория предполагает, что в неполяризованном естественном луче частицы эфира колеблются каждая в плоскости перпендикулярной к лучу J (фиг. 1) по прямой линии, проходящей через положение равновесия частицы; направление этой прямой линии непрерывно и чрезвычайно быстро переходит из одного положения a в другое b, далее в с и т. д., но оставаясь постоянно в одной плоскости; подробности о возможных формах колебания частиц у естественного луча см. Свет.

Фиг. 1. Фиг. 2.

Если колебания частиц эфира происходят не по всем прямым, возможным в плоскости А, перпендикулярной к лучу (фиг. 2), а постоянно лишь по одной прямойab, то мы говорим, что луч прямолинейно поляризован: плоскость ВВ, проходящую через луч и путь колебания частицы, называем плоскостью колебания прямолинейно поляризованного луча; плоскость же СС, проходящую тоже через луч и перпендикулярную к плоскости колебаний, принято наз. плоскостью П. луча [Плоскость II. представляет, в сущности, самостоятельное понятие, не связанное генетически с понятием о плоскости колебания. Теория Френеля и полагает, что плоскость П. перпендикулярна к плоскости колебания, теория же Неймана полагает, что они совпадают. Первая теория более общепринята; подробнее см. Свет]. Таким образом, луч естественный мы можем себе представить, как луч прямолинейно поляризованный, у которого плоскость колебания, а следовательно, и плоскость П. непрерывно меняются. Когда частица эфира движется вокруг своего положения равновесия о, описывая непрерывно в плоскости, перпендикулярной к лучу, один и тот же эллипс (фиг. 3), то мы говорим, что это луч и свет эллиптически поляризованный.

Фиг. 3. Фиг. 4.

Эллипс этот может быть весьма различного вида; он может быть весьма растянутым и в конце концов перейти в прямую линию (прямолинейно поляризованный луч); или обе оси его могут быть равны, и тогда эллипс перейдет в круг и свет называется поляризованным по кругу (фиг. 4). Распространение колебания в случае луча, поляризованного эллиптически или по кругу, нужно себе представить так, как это изображено на ф. 5.

Фиг. 5.

Точки о, а, b, с, d суть положения равновесия эфирных частиц на луче AB движущихся по окружности эллипсов, плоскости которых перпендикулярны к лучу. Когда частица о находится в положении о', то частица a находится в а", а положения частиц b, с, d будут b", с", d". Если мы эти положения соединим непрерывной чертой, то получим винтовую линию, начерченную на эллиптическом цилиндре. Через мгновение а, двигаясь по направлению стрелки, из а" придет в а', настолько же передвинутся другие частицы, и винтовая линия повернется на а"а' вокруг AB.