Волновая и квантовая оптика

Электронный учебник по физике

КГТУ-КХТИ. Кафедра физики.

Старостина И.А., Кондратьева О.И., Бурдова Е.В.

Для перемещения по тексту электронного учебника можно использовать:

1- нажатие клавиш PgDn, PgUp,,  для перемещения по страницам и строкам;

2- нажатие левой клавиши «мыши» по выделенному тексту для перехода в требуемый раздел;

3- нажатие левой клавиши «мыши» по выделенному значку @ для перехода в оглавление.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОНЫЕ ЗАКОНЫ ОПТИКИ

1.1. Элементы геометрической оптики

1. 2. Явление полного внутреннего отражения

1. 3. Электромагнитная теория света

1. 4. Принцип Гюйгенса

2. Интерференция световых волн

2.1. Расчет интерференционной картины

2.2. Метод Юнга. Получение интерференционной картины

2. 3. Интерференция света в тонких пленках

2. 4. Применение интерференции

3. Дифракция света

3.1. Принцип Гюйгенса-Френеля

3.2. Метод зон Френеля

3. 3. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске

3. 4. Дифракция Фраунгофера на прямоугольной щели

3. 5. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке

3. 6. Дифракция рентгеновских лучей

3. 7. Дисперсия и разрешающая сила спектрального прибора

4. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

4. 1. Естественный и поляризован­ный свет

4. 2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе раздела

двух диэлектрических сред. Закон Брюстера.

4. 3. Поляризация света при двойном лучепреломлении

4. 4. Поляризация света

4. 5. Анализ плоскополяризованного света. Закон Малюса

4. 6. Интерференция поляризованных лучей

4. 7. Искусственная оптическая анизотропия

4. 8. Оптическая активность веществ

5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМЕГНИТНЫХ ВОЛН С ВЕЩЕСТВОМ

5. 1. Поглощение света

5. 2. Дисперсия света

5. 3. Отражение и пропускание света. Окраска тел в природе

6. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ТЕЛ

6. 1. Характеристики теплового излучения

6. 2. Закон Кирхгофа

6. 3. Законы Стефана-Больцмана и Вина

6. 4. Квантовый характер излучения

6. 5. Пирометрия и пирометры

7. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

ВВЕДЕНИЕ

Природа света и законы его распространения интересо­вали древнегреческих ученых – Платона, Эвклида, Аристотеля еще в 400-300 гг. до нашей эры. Тогда были сформулированы законы прямолинейного распространения и отражения света, были сделаны первые попытки объяснить преломление света. К 140 г. нашей эры Птолемеем был собран большой эксперимен­тальный материал и составлены таблицы углов падения и пре­ломления световых лучей, однако найти математическую связь между ними ему не удалось. Закон преломления был открыт почти через полторы тысячи лет, в 1621 г. голландским ученым В.Снеллиусом.

К началу XVIIв. были изобретены микроскоп, зритель­ная труба, оптические приборы в астрономии и навигации. Од­нако создание новых оптических приборов и их совершенство­вание требовало развития теоретических знаний и законов о природе света. В результате обобщения многовековых исследований к концуXVIIв. в оптике сформировались две противоположные по взглядам теории света: корпускулярная «теория истечения» (И.Ньютон) и волновая (Ф.Гук и Х.Гюйгенс).

По теории Ньютона свет – это поток мельчайших световых частиц, корпускул, испускаемых светящимся телом и летящих прямолинейно с огромными скоростями. Движение корпускул описывалось законами классической механики.

Гюйгенс в своем «Трактате о свете» выдвинул совершенно иное утверждение, что свет – это упругие волны, распространяющиеся в особой среде – эфире. Борьба сторонников этих двух теорий длилась более ста лет.

В середине XIXв. английский физик Д.К.Максвелл обосновывает электромагнитную природу световых волн, которые в общей шкале электромагнитных волн занимают интервал длин от ~ 380 до 770 нм, что в концеXIXв. экспериментально подтверждается опытами Герца. Однако ряд явлений, открытых к тому времени – фотоэффект, тепловое излучение и др. волновая теория света объяснить не смогла. В начале ХХ в. в работах М.Планка и А.Эйнштейна были заложены основы квантовой физики, утверждающей о дискретности электромагнитного излучения и объясняющие накопившиеся противоречия.

Современные научные представления о природе света объединяют обе точки зрения и дают единую картину его волновых и корпускулярных свойств.