Вопросы и задания для самоконтроля к лекции 11

1. Запишите условие дифракционных максимумов на щели.

2. Узкая щель шириной a = 0,02 мм освещается падающим по нормали монохроматическим излучением ( = 500 нм). Определите угол дифракции для третьего дифракционного минимума, наблюдаемого на экране.

3. Что называют дифракционной решеткой?

4. Период дифракционной решетки равен d = 2 мкм. Какое количество штрихов нанесено на 1 миллиметр решетки?

5. Дифракционная решетка, в которой на 1 мм нанесено n = 200 штрихов, освещается падающим по нормали монохроматическим излучением (λ= 600 нм). Определить максимум наивысшего порядка, который можно получить с помощью данной решетки. Чему равно общее число дифракционных максимумов?

Квантовая оптика Лекция 12

Основные понятия и законы, которые должны быть освоены в ходе лекции: тепловое излучение, энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, коэффициент поглощения; абсолютно черное тело (а.ч.т.), абсолютно серое тело (а.с.т.); законы Кирхгофа, Вина и Стефана – Больцмана; связь между светимостью АЧТ и серого тела.

4.1. Тепловое излучение

Тепловое излучение – это излучение электромагнитных волн телами, температура которых отлична от абсолютного нуля. Данное излучение связано с тепловым движением атомов и молекул, поэтому его интенсивность увеличивается с возрастанием температуры.

Тепловое излучение любого тела является немонохроматичным (в спектре излучения присутствуют всевозможные частоты).

Поскольку интенсивность теплового излучения зависит от температуры тела ( ), то в отличие от других видов излучения, тепловое излучение может находиться в равновесии с излучающим телом, т.е. является равновесным [4]. Это означает, что тело, находящееся в состоянии равновесия, излучает за единицу времени столько же энергии, сколько ее и поглощает. Если же тепловое равновесие нарушается, то начинает преобладать какой-то один из двух процессов (излучение или поглощение), вследствие чего снова восстанавливается состояние равновесия.

4.1.1. Характеристики, вводимые для описания теплового излучения.

Одними из основных характеристик, используемых для описания теплового излучения, являются энергетическая светимость тела и его испускательная способность – спектральная плотность энергетической светимости.

, (4.1)

. (4.2)

Как видно из формулы (4.1), энергетическая светимость равна энергии, излучаемой всеми длинами волн (всеми частотами) с единицы площади поверхности тела за единицу времени.

Спектральная плотность энергетической светимости (испускательная способность тела) равна энергии, излучаемой в единичном интервале длин волн с единицы площади поверхности тела за единицу времени.

Формула (4.2) устанавливает связь между энергетической светимостью и спектральной плотности энергетической светимости.

Энергетическая светимость и испускательная способность являются размерными величинами. Их размерность определяется из формулы (4.1): [ ] = Вт/ , [ ] = Вт/ .

Кроме того наряду с величиной , для описания закономерностей теплового излучения применяют спектральную плотность энергетической светимости , выраженную через частоту излучения

. (4.3)

Причем эти две величины, связаны друг с другом соотношением

. (4.4)

Величиной, описывающей способность тела поглощать электромагнитное излучение, является монохроматический коэффициент поглощения (поглощательная способность тела) [4]

. (4.5)

Монохроматический коэффициент поглощения показывает, какая часть энергии падающего излучения с длинами волн в пределах от до поглощается телом.

Как следует из формулы (4.5) поглощательная способность является безразмерной величиной. Она зависит от температуры тела и от длины волны поглощаемого теплового излучения.

При решении практических задач, связанных с тепловым излучением, часто используют две модели тел: 1) абсолютно черное тело (а.ч.т.) – тело, полностью поглощающее падающее на него излучение во всем интервале длин волн (  = 1); 2) абсолютно серое тело (а.с.т.) – тело, поглощательная способность которого одинакова во всем интервале длин волн ( = const<1).