Оптика в рисунках для подготовки к экзамену
Основные понятия и определения.
Свет – электромагнитные волны видимого диапазона 380-760 нм.
Классическая электродинамика рассматривает свет как электромагнитные волны.
В
случае плоской волны колебания
напряженности
электрического поля записываются в
виде:
.
Волна
распространяется в направлении волнового
вектора
и проходит через точку наблюдения,
заданную радиус вектором
.
Волна
поперечна
для полей
и
.
векторы
электрического и магнитного полей
взаимно
перпендикулярны
,
причем
образуют правовинтовую тройку векторов.
Кроме того, следует, что E(t)
и H(t)
в любой момент времени связаны соотношением
или
.
Напряженности
и
одновременно достигают амплитудных
значений
и
и одновременно обращаются в ноль
(синфазность
колебаний, см. рис.).
Фазовая
скорость
волны
,
где
- показатель преломления оптической
среды, ,
- диэлектрическая и магнитная проницаемости,
- скорость света в вакууме. Для немагнитных
сред = 1
и
.
Если
зафиксировать момент времени, то получаем
синусоидальное распределение поля Е
в пространстве (вдоль оси х)
в данный момент времени (см рис. а). Если
зафиксируем значение координаты х,
то получим синусоидальное распределение
поля Е
в зависимости от времени (см рис. б)-
гармонические колебания с частотой
.
Частота
,
где Т – период колебаний (для света
).
Волновое
число
(модуль вектора
),
где
- длина волны в вакууме (расстояние,
проходимое волной за время одного
периода). Длина волны в среде
.
Т
аким
образом, колебания
и
в световой волне происходят по закону
,
где - фаза колебаний, 0 – начальная фаза.
Отметим,
что в сферической волне (от точечного
источника)
Плотность
потока энергии
(вектор Пойнтинга) в волне:
Интенсивность
световой волны - среднее по времени
значение модуля вектора Пойнтинга:
,Вт/м2,
где
- среднее значение модуля плотности
потока энергии электромагнитных
колебаний. Интенсивность пропорциональна
квадрату амплитуды колебаний
.
Поток
энергии dФ
через площадку dS
определяется как dФ = IdS,
Вт, где
,
- угол между вектором
и нормалью к площадке dS.
Интерференция Интерференция монохроматического света
Колебания
напряженности
электрического поля в монохроматических
волнах можно представить в виде
,
,
где
,
- амплитуды;
,
- фазы колебаний в точке наблюдения,
- волновое число.
Разность
фаз колебаний
.
Оптическая
разностью хода
(одна
волна проходит до точки наблюдения путь
в среде с показателем преломления
,
а вторая волна – путь
в среде с показателем преломления
).
Интерференция наблюдается только при сложении когерентных (согласованных по фазе) волн.
Две
волны называются когерентными,
если они получены от одного источника
света и их разность фаз
не изменяется во времени.
В
центре светлой полосы суммарная
интенсивность максимальна
,
в центре темной полосы – минимальна
.
Максимальная
разность хода
называется длиной
когерентности.
