- •Геометрическая оптика и ее основные законы.
- •Принцип Ферма. Оптическая длина пути. Таутохронность и стационарность пути. Примеры.
- •Применение принципа Ферма для получения основных законов геометрической оптики.
- •Тонкая линза. Формула тонкой линзы. Фокусное расстояние. Формула тонкой линзы.
- •Построение изображений в тонкий линзах.
- •Фотометрия. Поток энергии и световой поток. Кривая относительной спектральной чувствительности. Механический эквивалент света.
- •Фотометрические величины и единицы. Сила света, освещенность, светимость, яркость.
- •Волны. Общие свойства. Уравнение плоской монохроматической волны (тригонометрическая и комплексная формы представления).
- •Электромагнитная теория света. Уравнения Максвелла для вакуума. Скорость света.
- •Уравнение Максвелла для световой волны.
- •Ширина интерференционных полос. Влияние немонохроматичности света на интерференционную картину.
- •Способы наблюдения интерференции света делением волнового фронта. Метод Юнга, бизеркало и бипризма Френеля.
- •Способы получения когерентных пучков в оптике делением амплитуды. Интерференция от плоско–параллельной пластинки. Полосы равного наклона.
- •Интерференция от пластинки переменной толщины. Кривые равной толщины. Локализация полос интерференции.
- •Кольца Ньютона. Вычисление разности хода лучей и радиусов колец.
- •Дифракция света. Дифракция Фраунгофера и Френеля. Принцип Гюйгенса–Френеля.
- •Метод зон Френеля.
- •Алгебраический способ нахождения результирующей амплитуды в методе зон Френеля. Примеры. Зонная пластинка.
- •Графический способ нахождения результирующей амплитуды в методе зон Френеля. Примеры.
- •Дифракция Френеля от круглого отверстия.
- •Дифракция Френеля от круглого диска.
- •Дифракция Фраунгофера на одной щели.
- •Дифракционная решетка. Дифракционная решетка как спектральный прибор.
- •Угловая и линейная дисперсии, разрешающая сила дифракционной решетки.
- •Поляризованный свет. Степень поляризации. Закон Малюса.
- •Искусственная анизотропия. Эффекты Покельса и Керра. Модуляция света.
- •Дисперсия света. Электронная теория нормальной дисперсии света.
- •Рассеяние света в мутных средах. Теория рассеяния Рэлея.
- •Тепловое излучение и люминесценция. Закон Кирхгофа.
- •Закон Кирхгофа
- •Плотность энергии излучения абсолютно черного тела. Законы Вина и Рэлея–Джинса. Формула Планка для излучения абсолютно черного тела.
- •Элементарная квантовая теория излучения. Спонтанное и вынужденное излучения. Оптические усилители и генераторы.
- •Фотон и его характеристики. Давление света.
- •Фотоэлектрический эффект. Основные экспериментальные данные и их истолкование. Законы фотоэффекта.
-
Дифракционная решетка. Дифракционная решетка как спектральный прибор.
Дифракционная решетка – система n-ых щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками.
- постоянная, период дифракционной решетки.
N – общее количество щелей дифракционной решетки,
l – ширина дифракционной решетки.
l=1 мм, N=n – количество штрихов на единицу длины.
а) - условие главных минимумов;
б) - разность хода лучей;
- условие дополнительных минимумов;
в) - условие главных максимумов.
При N=2 следует, что между двумя главными максимумами располагается один дополнительный минимум. При N=3 между двумя главными максимумами располагаются два дополнительных минимумов. При N щелях двумя главными максимумами располагается (N-1) дополнительный минимум, разделенных вторичными максимумами, создающий слабый фон.
Основные параметры, характеристики дифракционной решетки:
1) угловая дисперсия - угловое S между спектральными линиями, отличающиеся на .
При малых значениях m: , D ̴ постоянной решетки.
2) линейная дисперсия - линейное S на экране между спектральными линиями, отличающиеся на по .
̴ n.
-
Угловая и линейная дисперсии, разрешающая сила дифракционной решетки.
Основными характеристиками любого спектрального аппарата являются его дисперсия и разрешающая сила. Дисперсия угловая Dугл или линейная Dлин определяет угловое δφ или линейное δl расстояние между двумя спектральными линиями, отличающимися по длине волны на единицу Dугл = δφ/δλ Dлин = δl/δλ, т.к. δl = f δφ (f - фокусное расстояние линзы, расположенной между дифракционной решеткой и экраном), то Dлин =fDугл . Найдем величину угловой дисперсии для дифракционной решетки. Для этого продифференцируем по λ выражение (3.36), получим dcosφ = mλ, откуда Dугл = δϕ/δλ = m/ dcos ϕ. Для малых углов cos ϕ ≅ 1 и D угл ≅ m/d.
Разрешающая сила определяет минимальную разность длин волн δλ, при которой две спектральные линии воспринимаются раздельно R = λ/δλ, где λ - длина волны, вблизи которой проводятся измерения. Рэлей ввел критерий, согласно которому две линии в спектре можно считать разрешенными (т.е. наблюдаемыми отдельно). Две линии с длинами волн λ1 и λ2 принято считать разрешенными в k-м порядке, если k-й дифракционный максимум для длины волны λ1 совпадает с минимумом, ближайшим к k-му максимуму, для длины волны λ 2 .
При этом суммарная интенсивность в провале между двумя линиями дифракционного спектра равна 0,7 от интенсивности максимумов. Считается, что такое различие в интенсивностях может быть легко зарегистрировано глазом (рис.3.21а).
Рис. 3. 21
Если же спектральные линии расположены ближе, то в промежутке между линиями будет находиться провал меньшей глубины (неразличимый глазом) или вообще "горб" интенсивности (рис.3.21 б). Получим на основе критерия Рэлея выражение для разрешающей силы дифракционной решетки. λ1 λ 2 a) λ 1 λ 2 б) Положение середины k-го максимума для длины волны λ1 определяем dsinφmax = mλ1.
Правый, ближайший к k-му максимуму, минимум для длины волны λ2 , расположен под углом, удовлетворяющим условию
Из условия Рэлея следует, что Обозначим тогда Отсюда или
Итак, дифракционная решетка способна разрешить тем более близкие спектральные линии, чем больше у нее число щелей N и чем выше порядок спектра k. У современных решеток число штрихов достигает 1200 на 1 мм.