5.3. Дифракция

Дифракция света явление непрямолинейного распространения света вблизи преграды (огибание лучом преграды), а получающаяся при этом картина называется дифракционной. Дифракция отчетливо обнаруживается, если размеры препятствий соизмеримы с длиной световой волны (порядка 1 мкм). Дифракция подтверждает волновые свойства света и объясняется на основе принципа Гюйгенса-Френеля. На преградах образуются вторичные источники когерентных световых волн, а вследствие их интерференции – максимумы и минимумы.

Свет от источника S попадает на экран А через отверстие ав в непрозрачном экране В (рис.24).

Рисунок 24.

Из-за когерентности волны 1 и 2, 3 и 4 будут интерферировать. В зависимости от разности хода лучей на экране А в точках с и d возникнут максимумы или минимумы.

Дифракция ограничивает разрешающую способность оптических приборов – способность получать раздельно изображения мелких предметов расположенных близко друг от друга.

За счет дифракции каждый мелкий предмет воспринимается как мелкий диск. Если предметы находятся близко, то их дифракционные изображения перекрываются. При перекрытии менее радиуса дифракционного изображения предметы могут видеться раздельно. Наименьшее расстояние, при котором две точки можно видеть раздельно, называется разрешаемым расстоянием.

Разрешающую способность принято оценивать величиной обратной разрешаемому расстоянию.

Для микроскопа разрешаемое расстояние определяется формулой

,

где λ – длина световой волны, n – показатель преломления среды, u – апертурный угол, и Sin(π/2) – числовая апертура.

Таким образом, разрешение микроскопа не превышает половины длины волны зеленого цвета ≈0,3 мкм, а разрешающая способность ≈ 3*10⁶м^-1=3*10³мм^-1.

Дифракция ограничивает полезное увеличение микроскопа теоретическим значением 2500.

5.4. Поляризация

Свет, излучаемый отдельным атомом, является электромагнитной волной, которая состоит из двух взаимноперпендикулярных составляющих – электрической (вектор напряженности Е) и магнитной (вектор напряженности Н) волн, распространяющихся в направлении перпендикулярном плоскости векторов Е и Н.

Луч (свет), у которого электрические колебания происходят только в одной плоскости, называется поляризованным. Таким образом, свет излучаемый одним атомом является линейно поляризованным (рис. 25а).

Рисунок 25.

Естественные источники излучают неполяризованный свет, так как он образуется совокупностью излучений всех атомов вещества (рис.25б). Иногда имеет место частично поляризованный свет (рис.25в).

Естественный свет можно поляризовать, если он проходит через анизотропное прозрачное вещество, такое, что колебания вектора напряженности электрического поля выходящего света совершались бы вдоль одного определенного направления (рис.66а).

Если за кристаллом, образующим поляризованный свет (поляризатор) поместить такой же кристалл, имеющий возможность вращения относительно луча, то интенсивность света после прохождения последнего будет изменяться по закону Малюса

,

где α – угол между направлением поляризации луча и направлением пропускания второго кристалла (анализатора).

Рисунок 26.

Поляризованный свет можно получить также при преломлении и отражении на границе изотропных сред (рис.2 6б).

Так, угол полной поляризации α_р зависит от относительного показателя преломления отражающей среды (закон Брюстера)

.

Некоторые вещества поворачивают плоскость поляризации. Они называются оптически активными (сахар, никотин, винная кислота, кварц). Угол поворота Θ плоскости поляризации зависит от длины пути света в веществе и его концентрации С.

.

Отсюда .

где α – удельное вращение (градм²/кг).

Это свойство используется в поляриметрах, состоящих из поляризатора и анализатора между которыми помещается кювета с исследуемым веществом. По измерению Θ и известному значению ℓ, для данного вещества можно вычислить концентрацию раствора.