Световая волна и её характеристики.

Оптика– это раздел физики, который изучает распространение света и взаимодействие его с веществом. Свет представляет собой электромагнитное излучение и обладает двойственной природой. В одних явлениях свет ведёт себя как электромагнитная волна, в других – как поток особых частиц фотонов или квантов света. Волновыми свойствами света занимается волновая оптика, квантовой – квантовая.

Свет– поток фотонов. С точки зрения волновой оптики световая волна – это процесс колебания электрического и магнитного полей, распространяющихся в пространстве.

Оптика занимается световыми волнами, в основном инфракрасного, видимого, ультрафиолетового диапазонов. Как электромагнитная волна свет обладает следующими свойствами (они следуют из уравнения Максвелла):

Вектора напряжённости электрического поля E, магнитного поляHи скорость распространения волныVвзаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую систему.

Вектора EиHколеблются в одной фазе.

Для волны выполняется условие:

Уравнение световой волны имеет , где- волновое число,- радиус-вектор,- начальная фаза.

При взаимодействии световой волны с веществом наибольшую роль играет электрическая составляющая волны (магнитная составляющая вне магнитных средах влияет слабее), поэтому Eназываютсветовым вектором и его амплитудуобозначают А.

Уравнение (1) является решением волнового уравнения, которое имеет вид:

(2), где- лапласиан;V– фазовая скоростьV=c/n(3).

Для немагнитных сред =1 =>. Из (3) видно, чтоn=c/v. По виду волновой поверхности различают плоские, сферические, эллиптические и т.д. волны.

Для плоской волны амплитуда светового вектора уравнения (1) постоянна. Для сферического она уменьшается с расстоянием от источника по закону .

Перенос энергии световой волны характеризуется вектором Поинтига .

Он представляет собой плотность потока энергии и направлен по скорости – в сторону его переноса. Вектор Sочень быстро изменяется со временем, поэтому любой приёмник излучения, в том числе и глаз, в течение времени наблюдения, гораздо большего, чем период волны, регистрирует усреднённое по времени значение вектора Поинтига, которое называетсяинтенсивностью световой волны., где . Учитывая (1) и то, что дляHоно имеет такой же вид, можно записать, что(4)

Если усреднить уравнение (4) по времени, то второе слагаемое исчезнет, тогда (5). Из (5) следует, чтоI-(6).

Интенсивность I– это количество энергии переносимое за единицу времени световой волной через единицу площади. Линию, по которой распространяется энергия волны, называетсялучом. Ещё одной характеристикой световой волны является поляризация. Реальный источник состоит из огромного числа атомов, которые излучают, будучи возбуждёнными, в теченииt=10^-8c, испуская при этом обрывок волны λ=3м.

Эти волны имеют различные направления вектора Eв пространстве, поэтому в результирующем излучении за время наблюдения встречаются различные направления вектораE, т.е. направлениеEдля реального источника изменяется хаотически по времени, и свет от такого источника называетсяестественным (неполяризованным). Если же направление колебаний вектораEупорядочены, то такой свет –поляризованный. Различают свет плоско поляризованный, поляризованный по кругу и эллипсу.