36. Дифракция света. Принцип Гюйгенс-Френеля Метод Зон-Френеля.

Если свет представляет собой волновой процесс, то наряду с интерференцией должна наблюдаться и дифракция света. Ведь дифракция — огибание волнами краев препятствий — присуща любому волновому движению. Но наблюдать дифракцию света нелегко, так как волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны очень мала.Пропуская тонкий пучок света через маленькое отверстие, можно наблюдать нарушение света: светлое пятно на экране против отверстия будет иметь большие размеры, чем размер пучка. Строгое решение любой дифракционной задачи для световых волн сводится к нахождению решения уравнений Максвелла с соответствующими граничными условиями.В оптике большое значение имеет приближенное решение дифракционных задач, основанное на принципе Гюйгенса-Френеля:Каждая точка, до которой доходит волна, служит источником вторичных сферических волн, огибающая которых дает положение волнового фронта в следующий момент времени.Амплитуда результирующей волны в любой точке пространства может быть найдена как результат интерференции всех вторичных волн, с учетом их фаз и амплитуд.

из точки А, в какой - либо точке наблюдения В. Согласно принципу Гюйгенса - Френеля заменим действие источника А действием воображаемых источников, расположенных на вспомогательной поверхности S.

В качестве такой вспомогательной поверхности S выберем поверхность фронта волны, идущей из А (рис. 5.2.2.). Вычисления результата интерференции вторичных волн очень упрощается, если применить следующий указанный Френелем прием: для вычисления действия в точке В соединяем А с В и разбиваем поверхность S на зоны такого размера, чтобы расстояния от краев зоны до В отличались на ½ l, т.е.

М1В-М0В=М2В-М1В=М3В-М2В=...= ½ L

Нетрудно вычислить размеры полученных таким образом зон. получаем для первой зоны  

Так как l очень мало по сравнению с а или b, то И, следовательно, площадь сферического сегмента, представляющего первую зону,найдем значениет.е. площадь второй зоны также равна. Практически ту же площадь будет иметь и каждая из всех последующих зон. Таким образом, построение Френеля разбивает поверхность сферической волны на равновеликие зоны, каждая из которых имеет площадь. Вычисление площади центральной зоны ФренеляАмплитуда s результирующего колебания, получающегося вследствие взаимной интерференции света, идущего к точке В от различных участков нашей сферической волны, меньше амплитуды, создаваемой действием одной центральной зоны. Таким образом действие всей волны на точку В сводится к действию ее малого участка, меньшего, чем центральная зона с площадьюСледовательно, распространение света от А до В действительно происходит так, как если бы световой пучок шел внутри очень узкого канала вдоль АВ, т.е. прямолинейно.

 

37. Дифракция от узкой щели. Дифракция от многих щелей. Дифракционная решётка.

• Дифракционная решётка — оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Первое описание явления сделал Джеймс Грегори, который использовал в качестве решётки птичьи перья. Отражательные: Штрихи нанесены на зеркальную (металлическую) поверхность, и наблюдение ведется в отражённом свете.Виды решеток:Прозрачные: Штрихи нанесены на прозрачную поверхность (или вырезаются в виде щелей на непрозрачном экране), наблюдение ведется в проходящем свете.Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Условия интерференционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под определёнными углами, имеют вид:

• где— период решётки,— угол максимума данного цвета,— порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,— длина волны.Если же свет падает на решётку под углом, то:

38. Поляризация света. Закон брюстера, малюса.

Свет, у которого направления колебаний вектора упорядочены каким-то образом, называется поляризованным.Световая волна - это электромагнитная волна, у которой векторвсегда перпендикулярен направлению распространения. Естественный свет - это смесь огромного числа цугов, каждый цуг поляризован, но направления векторов этих цугов различное. Поэтому естественный свет не поляризован, у него отсутствует какое-либо упорядочение направлений колебаний вектора.Закон малюса: Поставим на пути естественного света два поляроида, оси пропускания которых развернуты друг относительно друга на угол φ.Вектор  световой волны после первого поляроида будет параллелен PP. Этот поляроид называют поляризатором, т.к. после него естественный свет стал поляризованным.После второго поляроида останется лишь вектор , параллельныйP'P' его оси пропускания:.Т.к. интенсивность светаI ~ E², то, после второго поляроида интенсивность будет

.где I_I - интенсивность перед вторым поляроидом. Полученное соотношение между интенсивностями носит название закона Малюса.Если I_I выразить через I₀, то закон Малюса примет вид:.Закон Брюстера Пусть угол падения i таков, что отраженный луч перпендикулярен преломленному, т.е. r = π/2 - i_Бр. Это условие называют условием Брюстера (см. рисунок ниже), а угол - углом Брюстера - i_Бр.Используя закон преломления      получим формулу, определяющую угол Брюстера:.При выполнении условия Брюстера i + r = π/2, тогда из формулы Френеля для получим:Таким образом, при выполнении условия Брюстера, отраженный свет будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.Это утверждение носит название закона Брюстера.Закон Брюстера имеет простое объяснение. Отраженная световая волна появляется за счет излучения электронов среды, совершающих вынужденные колебания под действием вектора преломленной волны. Это излучение имеет направленный характер (16.4.2.3): его интенсивность равна нулю в направлении колебаний зарядов. Направим под углом Брюстера на границу раздела плоско поляризованную волну с вектором , лежащим в плоскости падения.