Розділ іі. Хвильова оптика Теоретичні відомості

Хвильова оптика  це розділ фізичної оптики, який вивчає явища, що можуть бути пояснені, виходячи із хвильових уявлень про природу світла. До таких явищ належать: інтерференція, дифракція, поляризація і под. Явища, які вивчаються у хвильовій оптиці, мають широке практичне застосування в різних областях науки і техніки, у тому числі й у харчовій промисловості. Досить назвати такі методи аналізу різних харчових продуктів, як рефрактометрія і спектрофотометрія, поляриметрія та інтерферометрія.

Щоб зрозуміть ряд питань хвильової оптики, треба розглянути таке поняття, як хвильовий фронт. Хвильовий фронтце поверхня, на всіх точках якої хвиля має в даний момент часу однакову фазу. Поширення хвилі відбувається у напрямку нормалі до хвильового фронту і може розглядатися як рух хвильового фронту в середовищі.

В однорідному ізотропному середовищі випромінювання точкового джерела має сферичний хвильовий фронт. Паралельному пучку променів відповідає фронт хвилі у вигляді площини, яка перпендикулярна до напрямку поширення хвилі. Одже, форма фронту хвилі визначає тип хвилі.

Принцип Гюйгенса  Френеляце основний постулат хвильової теорії, який пояснює механізм поширення світлових хвиль. Спочатку Х.Гюйгенс (1690 р.) запропонував простий спосіб визначення положення фронту хвилі у просторі в будь-який момент часу. Кожну точку фронту хвилі S(t) можна вважати центром сферичної вторинної хвилі, а нове положення фронту в будь-який інший момент часу S(t+t) є обвідною поверхнею до таких хвиль. У 1815 р. О.Френель доповнив принципи Гюйгенса, ввівши поняття про когерентність та інтерференцію вторинних хвиль.

Світло з погляду хвильової природи являє собою поперечні електромагнітні хвилізмінне електромагнітне поле, що поширюється у просторі. Швидкість його поширення у вакуумі с = 310⁸м/с, у речовиніс. Вектори напруженостей електричногоі магнітногополів взаємно перпендикулярні, коливаються синфазно і лежать у площині, що перпендикулярна до вектора швидкості хвилі. Вектори,тастворюють правоґвинтову систему (рис. 8).

Електромагнітна хвиля називається монохроматичною, якщо її векторитаздійснюють гармонічні коливання однакової частоти, яка називаєтьсячастотою хвилі.Довжина хвилімонохроматичного світла. “Видимі” електромагнітні хвилі лежать у діапазоні довжин хвиль 3,910^–7м7,410^–7м.

Інтенсивністьвипромінюванняце повний потік енергії випромінювання, який проходить за одиницю часу крізь одиничну площину у напрямку нормалі до неї і розрахований на одиницю тілесного кута. Інтенсивність випромінювання Іце енергетична характеристика електромагнітного випромінювання: І, деамплітуда вектора напруженості електричного поля.

Якщо вектори тазалежать тільки від часу та від однієї декартової координати, то електромагнітна хвиля єплоскою.

Рівняння плоскої монохроматичної хвилі, що поширюється вздовж додатного напрямку осі 0z (див. рис. 8 ), мають вигляд

де = 2;хвильове число.

Модулі векторів тапов’язані співвідношенням

,

де ,електрична та магнітна сталі;магнітна проникність середовища,відносна діелектрична проникність середовища.

Хвильова природа світла проявляє себе найбільш чітко в явищах інтерференції, дифракції та поляризації хвиль.

Література:[1,§3.1; 2,§161–164; 3,§110].