1. Понятие о монохроматичности волны Основные понятия

Плоская волна, распространяющаяся по направлению оси :

или .

Реализовать плоскую волну можно с помощью коллиматоров – линзовых и зеркальных:

РИС.25-3

Фронт волны тем более плоский, чем меньше расходимость пучка. У газовых лазеров расходимость ~, но с помощью специальных коллиматоров можно уменьшить расходимость до .

П онятие монохроматической волны идеализировано. Монохроматическая волна рождается колебанием, которое длится вечно.

РИС.25-4

На самом деле в некий момент времени колебание начинается, а в момент времени колебание заканчивается. В идеальном варианте . На самом деле , где - период колебаний, значит, излучение не является монохроматическим в строгом смысле. Оно представляет собой импульс излучения конечной длительности . Такой импульс, как известно, может быть разложен в ряд Фурье, то есть может быть представлен в виде суммы конечного или бесконечного числа членов вида . Чем меньше длительность импульса, тем шире спектр содержащихся в нем частот .

Какова природа излучения? Кратко и схематично – это световые кванты, излучаемые отдельными атомами при электронных переходах. Поэтому фактически каждый акт излучения происходит в течение времени . Отсюда следует, что в спектрах нагретых тел (и, конечно в дневном свете Солнца) содержатся все частоты от 0 до , и нужно предпринять вполне определенные усилия, чтобы выделить составляющие с определенной частотой (или с определенной длиной волны ).

Для выделения определенной частоты, определенной длины волны из так называемого «белого» света (из сплошного спектра частот) служат различные устройства, называемые монохроматорами. Главная часть монохроматора – это устройство (среда, элемент), свойства которого сильно зависят от длины волны. Как правило, выбор того или иного способа выделения монохроматического излучения и, следовательно, ширина выделяемого интервала частот задаются условиями задачи.

Чаще всего используются:

ф ильтр – от частоты зависит прозрачность ( велико), призма – от частоты зависит угол отклонения луча света ( меньше, чем у фильтра), решетка дифракционная – от частоты зависят и угол отклонения и другие оптические характеристики; употребляется, как правило, в сочетании с фильтром ( мало).

РИС.25-5

Наиболее монохроматичное излучение получается с помощью лазеров:

He-Ne - 6328 Å, CO₂ – 10.6 мкм, АИГ(алюмо-иттриевый гранат):Nd – 1.06 мкм.

2. Фазовая и групповая скорости волн

Скорости волнового движения

Отдельные осцилляторы, составляющие среду, не перемещаются, а лишь колеблются около своих положений равновесия; мы наблюдаем как волны лишь фазовые соотношения между отдельными осцилляторами.

Три скорости.

1. Скорость частиц:

- обычная гармоническая скорость.

2. Фазовая скорость – скорость перемещения по оси поверхности постоянной фазы:

3. Групповая скорость – скорость распространения информации в волне. Если волна информации не переносит, то . Например –монохроматическая волна.

Чтобы волна переносила информацию, ее надо как-то пометить (промодулировать).

, - несущая частота, - частота модуляции.

В результате излучения возникает волна, содержащая частоты в диапазоне .

Гц.

Р ИС.26-1