6.1. Световая волна и ее виды

6.2. Основные определяющие величины

6.3. Характер распространения электромагнитных волн

Световым полем называют электромагнитное поле в оптическом диапазоне частот. Специфика оптического диапазона заключается в его двух главных особенностях: 1) в оптическом диапазоне выполняются законы геометрической оптики; 2) в оптическом диапазоне свет очень слабо взаимодействует с веществом.

Оптический диапазон состоит из следующих видов излучения: рентгеновское, ультрафиолетовое (УФ), видимое, инфракрасное (ИК).

На рис. показан участок шкалы электромагнитного излучения в длинах волн, соответствующий оптическому диапазону.

Основными величинами, определяющими электромагнитное поле, являются вектор электрической напряженности поля и вектор магнитной напряженности поля .

Р ис. 6.1

Эти векторы являются функциями времени и координат в пространстве, описываемых радиус-вектором r:

Магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, приводит к возникновению переменного магнитного поля. Оба переменных поля — электрическое и магнитное — связаны друг с другом и образуют так называемое электромагнитное поле.

Возникающее электромагнитное поле начнет распространяться в виде электромагнитных волн.

Так как силовые линии одного поля

п ерпендикулярны к силовым линиям другого поля, то векторы напряженностей

Е и Н электрического и магнитного полей в электромагнитной волне всегда взаимно пер

пендикулярны. Кроме того, они перпендикуляр-

Рис. 6.2 ны к направлению распространения волны.

Это значит, что электромагнитные волны поперечные.

Электромагнитные волны распространяются с определенной конечной скоростью. По теории Максвелла, скорость электромагнитных волн в однородной среде определяется свойствами этой среды:

где ε и μ - диэлектрическая и магнитная относительные проницаемости среды, ε₀ = 8,85 10^-12а² сек²/н м² и ₀= 4π 10^-7 н/а²— электрическая и магнитная постоянные.

Чтобы получить скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, нужно в последней формуле положить ε =1, | μ =l:

Эта скорость равна скорости света в вакууме. Такой результат является одним из доказательств того, что свет есть электромагнитные волны.

Расстояние, которое волна проходит за время одного полного колебания (т. е. за период Т), называется длиной волны.

Если скорость распространения электромагнитной волны в однородной среде равна v, то

λ= vT, или λ=2πv/ω.

где ω=2π/T - частота колебаний в электромагнитной волне.

Поскольку скорость v зависит от ε и μ среды, то при переходе электромагнитной волны из одной среды в другую изменяется следовательно, X - частота колебаний не зависит от свойств среды.

ЛЕКЦИЯ 7. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

7.1. Основные понятия и законы геометрической оптике 7.2. Показатели преломления среды

7.3. Линза и ее виды, характеристики

Закон прямолинейного распространения света - свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно

С ветовой луч - линия, вдоль которой переносится световая энергия. В однородной среде лучи света представляют собой прямые линии.

Закон независимости световых пучков - эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одно

временно остальные пучки или они устранены. Рис. 7.1

Закон отражения - отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол отражения i₁, равен углу падения i₂

i₁= i_{2 .}

Закон преломления - луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскос-

ти; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред, где
n - относительный показатель преломления второй среды относительно первой, который равен отношению абсолютных показателей преломления двух сред.
Следовательно, закон преломления будет иметь вид:
Абсолютным показателем преломления среды называется величина п, равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме с к их фазовой скорости v в среде.

Поскольку , то , где и — соответственно электрическая и магнитная проницаемость среды.

Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n₁ (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n₂ (оптически менее плотную) n₁> n₂ (например, из стекла в воздух или из воды в воздух), то

Следовательно, угол преломления i₂ больше угла падения i₁. Увеличивая угол падения, при некотором предельном угле i_пр угол преломления окажется равным π/2. При углах падения i₁> i_пр весь падающий

Рис.7.2 свет полностью отражается.

При углах падения i_пр>i₁ > π/2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы.

Это явление называется полным внутренним отражением света.

Предельный угол определяется соотношением

3. Линзы. Линзой называется прозрачное тело, ограниченное

с двух сторон криволинейной поверхностью (в частном случае

одна из поверхностей может

б ыть плоской). По внешней

форме линзы делятся на:

1) двояковыпуклые;

2) плосковыпуклые;

3) двояковогнутые;

Рис. 7.3 4) плосковогнутые; 5) выпукло-вогнутые

Линза называется тонкой, если ее толщина значительно меньше, чем радиусы кривизны. R₁ и R₂ обеих поверхностей. На оптических схемах линзы обычно обозначают двунаправленной стрелкой.

Р адиус кривизны R > 0- для выпуклой поверхности, R < 0 -для вогнутой.

Прямая проходящая через центр

кривизны поверхностей линзы называется

Рис. 7.4 главной оптической осью.

Оптическим центром линзы (обычно обозначается О) называется точка, лежащая на главной оптической оси и обладающая тем свойством, что лучи проходят сквозь нее не преломляясь.

Побочными оптическими осями называются прямые, проходящие через оптический центр линзы и не совпадающие с главной оптической осью. Фокусом линзы F называется точка, лежащая на главной оптической оси, в которой пересекаются лучи параксиального(приосевого) светового пучка, распространяющиеся параллельно главной оптической оси

Фокальной плоскостью называется плоскость, проходящая через фокус линзы перпендикулярно ее главной оптической оси. Фокусным расстоянием f называется расстояние между оптическим центром линзы О и ее фокусом F:

Формула тонкой линзы:

где а и b - расстояния от

Рис.7.5 линзы до предмета и его изображения.

Фокусные расстояния линзы, окруженной с обеих сторон одинаковой средой, равны.

В еличина Ф = 1/f называется оптической силой линзы. Ее единица - диоптрия (дптр) - оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м. Линзы с положительной оптической силой являются

Рис. 7.6 собирающими, с отрицательной рассеивающими.

В отличие от собирающей линзы, рассеивающая линза имеет мнимые фокусы. В мнимом фокусе сходятся (после преломления) воображаемые продолжения лучей, падающих на рассеивающую линзу параллельно главной оптической оси.

ЛЕКЦИЯ 8. ФОТОМЕТРИЯ