12.Световые волны.

Свет - сложн явл: в 1 случ он ведет себя как эл-мг волна, в 2 - как поток особ ч-ц (фотонов). Развит учения о свете прив к соврем представл о двойств корпуск-волн природе света.

Эл-мг теория света. Свет - частн случ эл-мг волн с дл волны от l=400нм (фиолет) до l=700нм (крас). Только этот интервал длин эл-мг волн оказ непосредств воздейств на чел глаз и явл собственно светом. Но и коротковолн (l<400нм -ультрафиолет) и длинноволн излуч (l>760 нм -инфракрас) им кач одну и ту же эл-мг прир и отлич лишь методами их возбужд и обнаруж.

В эл-мг волне колебл векторы Е иН, причемЕ^Н.

Физиолог, фотохим, фотоэлектр и др действ света вызыв колеб вектора напряж-ти эл поля Е (свет вектор).

Измен во врем и пр-ве проекции свет вектора на направл, вдоль кот он колебл, опис ур-ем Е=Асоs(wt–kr+a)–ур-ие свет волны, где k-волновое число (k=2p/l), r- расстояние, отсчит вдоль направл распростр свет волны. Для плоск свет волны, распростр в непоглощ среде, А=const, для сферич волны А убыв как 1/r.

Отнош скор распростр свет волны в вакууме (с) к ее скор в некот среде V наз абсолют показат преломл этой среды и обознач n. n = с/ V.

Из эл-мг теории след, что n=Öem, где e и m - диэлектр и магн прониц среды. Для подавл больш-ва прозрач в-в m практич не отлич от 1. Поэтому мож счит, что n=Öe. Эта ф-ла связ оптич и электр св-ва в-ва. Знач показателя преломл хар-ют оптич плотн cреды. Среда с бол n наз оптич более плотной, чем cреда с мен n.

В случ колеб частоты n дл волны в вакууме равна l₀=c/n. В среде, в кот фаз скор свет волны V=с/n, дл волны им знач l=V/n=c/nn=l₀/n.

Т.о. дл свет волны в среде с показат преломл n связ с дл волны в вакууме соотнош l= l₀/n.Частота измен плотн потока эн, перенос волной, будет еще больше.

Модуль сред по врем знач плотн потока эн, переносим свет волной наз интенсивн света I в дан точ пр-ва. Плотн потока эл-мг эн опред вектором Пойтинга S. I=|<S>|= |<[ЕН]>|. Измер интенс либо в энергет ед (Вт/м²), либо в свет ед (лм/м²).

Линии, вдоль кот распростр свет эн, наз лучами. Усредн вектор Пойтинга <S> направл в кажд точ по касат к лучу. В изотропн средах это направл совпад с нормалью к волн пов-ти, т.е. с направл волнового вектора `k. Модуль êkê = k – волновое число.

Свет волны поперечны,но они не обнаруж асимметрии относит луча. Это обусл тем, что в естеств свете им колеб, соверш в самых различ направл, перпендик лучу.

13. Когер волны. Опт разн хода. Интерф волн.

Когерентностью наз согласов протек нескольких колеб или волн проц. Степень согласов может быть различ. Соотв ввод понятие степ когерентн 2-х волн. Пусть в дан точ пр-ва приход 2 свет волны одинак частоты, кот возбужд в этой точ колеб одинак направл: Е = А₁соs(wt + a₁), Е = A₂cos(wt + a₂), тогда амплитуда результир колеб А² = А₁² +А₂² + 2А₁А₂соsj, где j = a₁ - a₂ = const.

Если част колеб в обеих волнах w одинак, а разн фаз j возбужд колеб остается постоян во врем, то такие волны наз когерентными.

При налож когер волн они дают устойч колеб с неизмен амплит А=соnst.

Если j = p, тогда соsj = -1 и а₁ = А₂, a ампл суммарн колеб =0, и интерферир волны полностью гасят др др.

В случ когер волн, соsj имеет постоян во врем знач: I=I₁+I₂+2ÖI₁×I₂cosj В тех точ пр-ва, для кот соsj >0, I>I₁+I₂; в точ, для кот соsj<0, I<I₁+I₂. При налож когер свет волн происх перераспред свет потока в пр-ве, в рез-те чего в одних местах возник мах, а в др - мин интенсивн. - интерференц волн. Особ отчетл проявл интерфер в том случ, когда интенсивн обеих интерферир волн одинак: I₁=I₂.

Все естеств источн света не когерентны. Это обусловл тем, что излуч светящ тела слаг из волн, испуск многими ат. Отдельн ат излуч цуги волн длит 10^-8с и протяж ок 3м.

Когер свет волны можно получ, разделив волну, излуч одним источн света, на 2 части. Если застав эти 2 волны пройти разн оптич пути, а потом налож их др на др, набл интерфер. Разность оптич длин путей, проход интерферир волнами, не должна быть оч бол, т.к. складывающ колеб должны принадл одному и тому же результир цугу волн.

Пусть раздел на 2 когер волны происх в точ О рис

До точ Р 1-я волна проход в среде показ преломл n₁ путь S₁, 2-я волна проход в среде с показ преломл n₂ путь S₂. Если в точ О фаза колеб равна wt, то 1-я волна возбудит в точ Р колеб А₁соsw(t – S₁/V₁), а 2-я-колеб А₂соsw(t – S₂/V₂), где V₁ и V₂ - фазовые скор. Зн разн фаз колеб, возбужд волнами в точ Р, будет равна j = w(S₂/V₂ – S₁/V₁) = (w/c)(n₂S₂ – n₁S₁).

Замен w/с ч-з 2pn/с⁼2p/lо, тогда j = (2p/lо)D, где D= n₂S₂ – n₁S₁ = L₂ - L₁ - велич, равн разн оптич длин, проход волнами путей, и наз оптич разн хода.

Если оптич разн хода = целому числу длин волн в вакууме:D = ±mlо,

то разн фаз кратн 2p и колеб будут происх с одинак фазой (усл интерфер мах).

Если оптич разн хода D = полуцел числу длин волн в вакууме: D=±(m+1/2)lо, то j=±(2m+1)p, колеб в точ Р наход в противофазе (усл интерфер мин).

Получ когер свет волн раздел волны на 2 части мож осущ с пом экранов и щелей, зеркал и преломл тел.