- •12.Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации.
- •14.Интерференционный опыт Юнга. Ширина интерференции полосы.
- •16. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Кольца ньютона.
- •18.Дифракция френеля на круглом отверстии,на сплошном диске.Пятно пуассена.Радиус зоны френеля.
- •19.Дифракция Фраунгофера на одной щели,на двух.Ширина дифракционного максимума.
- •20.Дифракционная решетка. Условия максимумов и минимумов дифракции.
- •13.Явление интерференции света. Оптическая разность хода и разность фаз. Условия усиления и ослабления интенсивности света.
20.Дифракционная решетка. Условия максимумов и минимумов дифракции.
Дифракционная решетка - важнейший спектральный прибор, предназначенный для разложения света в спектр и измерения длин волн.
Она представляет собой плоскую стеклянную или металлическую поверхность, на которой нарезано очень много (до сотен тысяч) прямых равноотстоящих штрихов.
Рассмотрим простейшую идеализированную решетку, состоящую из N одинаковых равноотстоящих параллельных щелей, сделанных в непрозрачном экране. Ширину щели обозначим b, а ширину непрозрачных промежутков между щелями - а. Величина d=a+b называется периодом или постоянной дифракционной решетки. Лучшие решетки имеют d=0,8 мкм, т.е. 1200 штрихов на 1 мм.
|
|
|
|
dsinф=+-(2m+1)λ/2 , m=0,1,2- (11)
Главные минимумы соответствуют таким углам ф, в направлении которых ни одна из щелей не распространяет свет. Таким образом, условие главных минимумов выражает формула (8)
bsinф=+-2mλ/2 , m=1,2,3- (12)
Положение главных максимумов (кроме центрального) зависит от длины волны λ. Поэтому при пропускании через решетку белого света все максимумы ненулевого порядка, разложатся в спектр, фиолетовый конец которого обращен к центру дифракционной картины, а красный - наружу. Таким образом, дифракционная решетка представляет собой спектральный прибор.
условие
для минимума освещенности приобретает
такой вид:

Рассуждая
аналогично для случая, когда в ширине
щели укладывается нечетное число зон
Френеля, можно получить условие для
максимума:

Для точки наблюдения, лежащей на экране против центра щели, разбиение на зоны всегда даст нечетное число зон, поэтому в ней всегда будет наблюдаться максимум. В итоге дифракционная картина на экране выглядит как чередование прямых темных и светлых полос, длинная сторона которых перпендикулярна плоскости рисунка.
13.Явление интерференции света. Оптическая разность хода и разность фаз. Условия усиления и ослабления интенсивности света.
Интерференция света - сложение двух или нескольких световых волн, вследствие чего в одних точках пространства происходит усиление интенсивности света, а в других - ослабление. фазой гармонического колебания Е (t) = E0 sin(t +) называется мгновенное значение величины аргумента t + .
|
а
б t
t t Сложение колебаний. |
|
сложение
двух гармонических колебаний одинаковой
частоты при условии разных фаз этих
колебаний. Если фазы одинаковы (а), то
результирующая амплитуда колебаний
возрастет в два раза, при условии
одинаковости амплитуд складываемых
колебаний. Если же колебания отличаются
по фазе на 1800
(б), то в результате сложения получится
ноль. Поэтому, если в какой-нибудь точке
пространства складываются две волны,
то результат сложения зависит от того,
какова разность фаз колебаний, которые
создают в данной точке каждая из
слагаемых волн, и реальная интерференционная
картина состоит из чередующихся темных
и светлых полос. С математической точки
зрения этот результат следует
непосредственно из аналитического
представления синусоидальной волны Е
(х,t)
= E0
sin
(t
- kx).
Пусть имеется две волны одинаковой
частоты и (для удобства) одинаковой
амплитуды:
и
.
Тогда в результате сложения:
,
откуда видно, что величину
можно
рассматривать как суммарную амплитуду,
величина которой зависит от разности
путей х1
и х2
(принято говорить «разности хода»),
которые проходят волны до точки встречи.
Если разность хода равна целому числу
волн (четному числу полуволн) то аргумент
косинуса равен
.
При такой величине аргумента функция
косинуса максимальна и равна 1, т.е.
суммарная амплитуда равна удвоенной
амплитуде каждого из слагаемых. Если
же разность хода равна нечетному числу
полуволн, то аргумент равен
,
т.е. значение косинуса в этом случае
равно нулю, и равна нулю суммарная
амплитуда. Таким образом, в первом
случае амплитуда суммарного колебания
максимальна, а во втором равна нулю,
т.е. минимальна. Условия усиления и
ослабления интенсивности света: при
разности хода х
= х2-х1
=
( четное число полуволн) волны одной
частоты будут давать максимальную
суммарную интенсивность или просто
максимум, а при разности ходах
= х2-х1
=
(нечетное число полуволн) - минимум.
Для разности фаз важна не сама по себе геометрическая разность путей интерферирующих лучей, а величина n ' l, где l - геометрический путь. Эта величина называется оптической длиной пути, и она характеризует число длин волн, укладывающихся на геометрическом пути светового луча в данной среде с показателем преломления n. Разность d оптических длин путей двух лучей называется оптической разностью хода: d = n2l2 - n1l1, где l1, l2 - геометрические пути, проходящие лучами в средах с показателями преломления n1 и n2соответственно.
Следует подчеркнуть, что полученные результаты справедливы, если разность фаз слагаемых колебаний не изменяется со временем. Такие колебания называются когерентными. В действительности же это условие обычно не выполняется, т.к. известно, что излучение света в атомах происходит отдельными порциями или цугами по терминологии волновой теории, причем излучение продолжается всего 10 -8 сек, так что каждый новый цуг имеет свою начальную фазу и плоскость колебаний электрического (и магнитного) векторов. Ясно, что в этом случае разность фаз между отдельными цугами изменяется хаотически, и результат сложения волн будет совсем иной.
|
Е1 Е ![]()
Е2
Рис.25.Векторное
сло- жение колебаний. |
Это
можно продемонстрировать с помощью
векторного представления колебаний,
когда каждое колебание представляется
в виде вектора, длина которого
пропорциональна амплитуде колебаний.
Сам вектор вращается вокруг своего
начала с частотой, равной частоте
колебания, а начальное положение вектора
изображается повернутым на угол,
величина которого равна начальной фазе
колебания. В этом случае суммарное
колебание находится во вращающейся
системе координат как векторная сумма
двух слагаемых векторов ( см.рис 25). По
теореме косинусов
.
Если разность фаз
2
-
1
меняется хаотически, то среднее значение
косинуса равно ( косинус может принимать
равновероятно всевозможные значения)
нулю, и суммарная интенсивность является
просто суммой интенсивностей слагаемых
колебаний:
Колебания,
для которых разность фаз изменяется
случайным образом, называются
некогерентными. Поэтому становится
понятным тот факт, что две лампочки
дают света в два раза больше, чем одна.








