Волновая оптика

1.Законы отражения, преломления и полного внутреннего отражения света

Закон отражения света: отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол отражения i^’₁ равен углу падения i₁.

Закон преломления света: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть вели- чина постоянная для данных сред:

где n₂₁ — показатель преломления второй среды относительно первой {относительный показатель преломления). Индексы в обозначениях углов i₁ , i₁^’, i₂ указывают, в какой среде (первой или второй) идет луч. Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного — растет. Если i₁= i_пр, то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего. Таким образом, при углах падения в пределах от i_пр до — луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением

2.Интерференция света. Условия максимума и минимума интерференции. При каком соотношении между длиной когерентности и оптической разности хода возможно наблюдение интерференции света?

При наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других — минимумы интенсивности. Это явление называется интерференцией света.

Если оптическая разность хода равна целому числу длин волн в вакууме то δ=±2mπ, и колебания, возбуждаемые обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе -условием интерференционного максимума.

Если оптическая разность хода

То δ=±(m+1) , и колебания, возбуждаемые обеими волнами, будут происходить в противофазе- условие интерференционного минимума.

Для получения когерентных лучей необходимо свет от одного и того же источника разделить на два пучка (или несколько пучков) и затем наложить их друг на друга так, что бы разность хода между интерферирующими лучами была меньше длины когерентности

3. Дайте определение монохроматических волн. Укажите примерные границы оптического диапазона длин волн электромагнитного излучения.

Монохроматические волны — неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты.

4.Дайте определение когерентных волн. Объясните такие понятия как время и длина когерентности световых волн. Что такое пространственная когерентность?

Когерентные волны-волны, характеризующиеся одинаковой частотой постоянством разности фаз в заданной точке пространства.

Если волна распространяется в однородной среде, то фаза колебаний в определенной точке пространства сохраняется только в течение времени когерентности τ_ког . За время когерентности волна распространяется в вакууме на расстояние Ɩ_ког = сτ_ког , называемое длиной когерентности.

время когерентности τ_ког — максимально возможное время отставания одного луча по отношению к другому, при котором их взаимная когеренность еще сохраняется

Пространственная когерентность волны характеризует наличие взаимной когерентности двух световых пучков, взятых из различных точек сечения волны. Мерой пространственной когерентности служит диаметр когерентности — наибольший диаметр круга, мысленно вырезаемый в поперечном сечении волны, при котором любые два пучка, исходящие из различных точек внутри этого круга, еще остаются взаимно когерентными

5.Как связаны фазовые скорости распространения световых волн в среде и в вакууме? Дайте определение оптической длины пути, а так же оптической разности хода двух световых волн.

Отношение фазовой скорости света в вакууме к скорости света в среде называется показателем преломления среды. Показатель преломления (абсолютный показатель преломления) вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде {\displaystyle n={\frac {c}{v}}}.n=c/ս

Произведение геометрической длины s пути световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды называется оптической длиной пути L, а Л — L2 — L 1— разность оптических длин проходимых волнами путей — называется оптической разностью хода.

6. Опыт Юнга и расчетная формула для расстояния между интерфицированными полосами и в опыте Юнга.

Источником света служит ярко освещенная щель S , от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели S₁ и S₂ , параллельные щели S. Таким образом, щели S₁ и S₂ играют роль вторичных когерентных источников. Так как волны, исходящие из S₁ и S₂, получены разбиением одного и того же волнового фронта, исходящего из S, то они когерентны, и в области перекрытия этих световых пучков (область ВС) наблюдается интерференционная картина на экране (Э), расположенном на некотором расстоянии параллельно S₁ и S₂.

Расстояние между двумя соседними максимумами (или минимумами), называемое шириной интерференционной полосы, равно

∆х не зависит от порядка интерференции (величины m) и является постоянной для данных Ɩ, d и ƛ₀