Лекция 2 Волновая оптика

Корпускулярная и волновая теории света.

В 17 веке Ньютон развил корпускулярную теорию света. Свет – поток частиц-корпускул (твердых шариков). Красный свет – большие шарики, фиолетовый – малые. Известные тогда явления света: отражение, преломление, дисперсия – этой теорией объяснялись.

В тоже время Гук выдвинул волновую теорию. Свет – волна в среде. Эта теория тоже объясняла известные тогда оптические явления.

Благодаря авторитету Ньютона в 17 веке победила корпускулярная теория.

В 19 веке изучаются явления интерференции, дифракции и поляризации света. Эти явления объясняются только волновой теорией. Поскольку явления отражения, преломления и дисперсии тоже можно объяснить волновой теорией все физики стали ее сторонниками.

Триумфом волновой теории стал 1861 год, когда Максвелл обосновал электромагнитную теорию света. Казалось, что в оптике все сделано, все объяснено. Но в конце 19 и вначале 20 века было открыто явление теплового излучения абсолютно черного тела, эффект Комптона, фотоэффект. Не смотря на все усилия физиков, волновая теория не смогла объяснить эти явления.

В начале 20 века появилась квантовая теория света. Ее создали Планк и Эйнштейн. Согласно этой теории свет имеет двойственную природу. В одних экспериментах он проявляет волновые свойства, в других – корпускулярные.

Волновая оптика изучает оптические явления, считая свет электромагнитной волной. Оптика рассматривает часть излучений воспринимаемых глазом – видимый свет. Длина волны меняется от 380нм до 770нм. Свет с длинами волннм называется ультрафиолетовым, снм – инфракрасным.

В электромагнитной волне колеблются вектора и. Опыт показывает, что физиологические, фотохимические, фотоэлектрические и другие свойства света вызываются колебаниями электрического вектора. В дальнейшем име6нно его мы будем называть световым вектором.

Характерным свойством излучения является частота, которая не зависит от среды. Длина волны от среды зависит. При переходе из одной среды в другую меняется скорость света и поэтому меняется длина волны.

Скорость света в среде равна: , где- показатель преломления среды,- электрическая, а- магнитная проницаемость среды. Для большинства сред.

Длина волны в среде равна: , где- длина волны в вакууме.

1. Интерференция света.

Интерференцией света называется наложение двух и более когерентных волн, в результате чего происходит перераспределение энергии светового потока в пространстве и наблюдаются интерференционные максимумы и минимумы.

Волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз называются когерентными. рассмотрим почему волны должны быть когерентны, чтобы получилась интерференционная картина.

Пусть в некоторой точке пространства две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, породили колебания одинакового направления:

и

Амплитуда результирующего колебания вычисляется по теореме косинусов:

.

Интенсивность и энергия результирующего колебания пропорциональна квадрату амплитуды (,). Картина в данной точке пространства будет устойчивой еслии. Значения косинуса могут меняться отдо. В тех точках пространства, где:

,

,,

происходит усиление интенсивности. Это интерференционные максимумы.

В тех точках пространства, где :

,

,,

наблюдаются интерференционные минимумы. Происходит как бы перетекание энергии из минимума в максимум.

Для не когерентных волн меняется,тоже меняется, его среднее значение равно нулю:=0

. Тогда ,, то есть перераспределения энергии не наблюдается. Происходит просто сложение интенсивностей, интерференции нет.