Физика

Волновая оптика

Предварительные сведения : оптика изучает световые явления.

Свет имеет свойства электромагнитных волн и частиц (квантово-волновой дуализм).

Оптика подразделяется на: ВолновуюиКвантовую.

В волновой оптике не учитывается дифракция света (только прямолинейное движение света). Видимая область света 0,4…0,7 мкм (ультрафиолетовая область - < 0,4 , инфракрасная область -> 0,7).

Кривая относительной чувствительности глаза:

Оптическая плотность прозрачной среды характеризующаяся абсолютным показателем (n):.

Оптическая длина пути = .,, гдеи- диэлектрическая и магнитная проницаемости среды.

Для всех прозрачных сред =1 и тогда.

В оптике выполняется принцип Ферма:

Свет от одной точки к другой распространяется по такому пути, по которому время (движения) распространения будет минимальным по сравнению с любой другой траекторией.

Следствия:

1. Закон о прямолинейности распространения света в изотропной среде;

2. Закон обратимости хода лучей в прямом и обратном направлении распространяются по одной и той же траектории;

3. Законы преломления и отражения;

Таутохронность – лучи выходят из одной точки с помощью оптической системы, могут быть собраны в другую точку, причём если они вышли одновременно, то войдут тоже одновременно.

В электромагнитной волне колеблются вектора и.

Экспериментально установлено, что воздействие света на вещество определяется только вектором ., (И для плоской и для сферической волнA=A₀ /r).

В соответственном свете направление изменяется хаотично, но остаётся.

Интенсивность световой волны среднее по времени значение плотности потока энергии.

I ~A ².

2. Интерференция света

Явление интерференции света возникает при наложении двух монохроматических волн, которое приводит к тому, что эти волны ослабляют или усиливают друг друга, и на экране появляются min-мы иmax-мы (чередование).

Необходимое условие – когерентность волн.

Когерентность – согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колеблющихся или волновых процессов.

Пусть в какой-то точке экрана сошлись 2 монохроматические волны:

E₁=A₁·cos(₁·t-k₁·r₁+₁)=A₁·cos₁;

E₂=A₂·cos(₂·t-k₂·r₂+₂)=A₂·cos₂;

E= A·cos; (A-?, -?;)

Ē=Ē₁+Ē₂ ; A²=A₁²+A₂²+2·A₁·A₂·cosΔ;

Пройдём от А к I : I₁=I₁+I₂+2√(I₁I₂)∙cosΔ

Интенсивность результирующей волны зависит не только от I₁ и I₂ но и от разности фаз между интерваламиΔ.

Необходимое условие - Δ не зависит от времени.

Δ=((₂+₁)∙t- (k₂·r₂-k₁·r₁)+(₂-₁)) для того чтобыΔне зависело отt, необходимо, чтобы₁=₂.

Волны, которые создают интерференционную картину вне зависимости от времени, должны иметь одинаковую частоту. Δ=const => ₁=₂ , при Ē₁↑↑Ē₂.

Δ= k₁·r₁ -k₂·r₂+₂-₁;

1.) Если Δ=0,,2,4,…,2*m cosΔ=1 I =I₁+I₂+2* ( I₁*I₂ ) - max

2.) Если Δ=,3,5,…,(2+1)*m cosΔ= -1 I =I₁+I₂-2* ( I₁*I₂ ) - min

Если волны не когерентны => Δсо временем меняется хаотично => <cosΔ>=0 =>

I=I₁I₂

Условия minиmax можно записать в другом более удобном виде:

MAX: ··m= k₁·r₁ - k₂·r₂+₂-₁; k=2  (*n)/(c*T)=n₀ ;

-длина волны в среде; ₀-длина волны в вакууме.

(₀)*n₁r₁-n₂r₂)=2*L/₀; еслиL=n₁r₁-n₂r₂=L₁-L₂– оптическая разность хода двух лучей.

L₀=*m =>L=m*₀– условиеMAX-ма;m=0,1,2,3,…

MIN:Δ=(2m+1);m=L₀;L=₀m+1)/2 =m*₀₀условиеmin.

Расстояние между двумя ближайшими минимумами называется шириной интерференционной полосы. При отражении от оптически более плотной среды теряется ½ длины волны.