Часть 2 волновая оптика и квантовая природа излучения

2.1. Теоретическая часть

Согласно современным представлениям свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу. В явлениях интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии света проявляются его волновые свойства.

Волновая оптика

Видимый свет – это электромагнитная волна с длиной волны в  интервале от 400 до 750 нм ( ). Обычно рассматривают электрическое поле (ЭП) световой волны напряженностью , так как именно ЭП действует на электроны в атомах вещества и через посредство этих электронов – на все датчики (сетчатку глаза, фотопленку, фоторезисторы и др.). Вектор называют световой вектор.

Уравнение плоской монохроматической (с определенной длиной волны ) световой волны, бегущей вдоль оси :

. (1)

Здесь – фаза колебаний; ее значение определяет величину и  направление светового вектора .

Когерентные волны – это волны с одинаковой частотой и с постоянной разностью фаз.

2.1. Интерференция света

Интерференция света – явление, которое наблюдается при наложении двух когерентных волн ; при этом происходит перераспределение энергии световых волн в пространстве с образованием максимумов интенсивности света в одних местах и минимумов – в других. В интерференционной картине на экране максимумы интенсивности (светлые полосы) чередуются с минимумами интенсивности (темные полосы).

2.1.1. Условия максимума и минимума интерференции

При сложении двух колебаний амплитуда результирующего колебания зависит от разности фаз складываемых колебаний:

, (1)

так как . Здесь – волновое число; длина волны зависит от  показателя преломления среды, в которой распространяется волна; величина в  раз меньше, чем длина волны в вакууме:

. (2)

С учетом этого соотношения разность фаз колебаний светового вектора двух волн в точке наблюдения , согласно формуле (1):

(3)

Здесь – оптическая разность хода волн; – оптическая длина пути; это произведение геометрического пути волны (от источника света до точки наблюдения) на показатель преломления среды, в которой это расстояние пройдено.

Условие максимумов интенсивности света в точке наблюдения  :

(4)

т. е. колебания световых векторов двух волн в точке происходят в одинаковой фазе, при этом в любой момент времени .

Условие минимумов интенсивности света в точке :

; … (5)

т. е. колебания складываемых световых векторов в точке происходят в противофазе, при этом в любой момент времени .

Отметим, что при сложении двух колебаний на векторной диаграмме (где колебание изображают вращающимся вектором амплитуды ) разность фаз колебаний – это угол между векторами , а  амплитуда результирующего колебания (равна сумме векторов амплитуд). Условию максимумов интенсивности (4) соответствует рис. 6 а, а условию минимумов (5) – рис. 6 б.

; ; а б Рис. 6