- •1.1 Волновое уравнение для электромагнитной волны. Скорость распространения волны. Основные свойства электромагнитных волн.
- •1.2 Уравнение плоской и сферической электромагнитной волны. Интенсивность и ее связь с амплитудой волны.
- •2.1 Световая волна. Показатель преломления среды. Законы геометрической оптики.
- •2.2 Оптическая длина пути. Принцип Ферма. Таутохронность.
- •2.3 Формула тонкой линзы, построение изображений в плоских зеркалах и линзах.
- •3.1 Принцип суперпозиции волн. Интенсивность при сложении двух волн.
- •3.2 Расчет интерференционной картины от двух источников. Ширина полосы и количество наблюдаемых полос
- •3.3 Способы получения когерентных источников в оптике: бизеркала Френеля, зеркало Ллойда, бипризма Френеля, билинзв Бийе.
- •3.4 Влияние немонохроматичности и размера источника на видимость интерференционной картины.
- •3.5 Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона.
- •4.1 Дифракция света. Дифракция Френеля и Дифракция Фраунгофера.
- •4.2 Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Векторные диаграммы.
- •4.3 Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске.
- •4.4 Дифракция Фраунгофера на длинной щели и двух щелях.
- •4.5 Дифракционная решетка. Угловая дисперсия и разрешающая способность решетки.
- •5.1 Естественный и поляризованный свет. Типы поляризации. Степень поляризации.
- •5.2 Поляризаторы и анализаторы. Прохождение света через совершенные и несовершенные поляризаторы. Закон Малюса.
- •5.3 Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.
- •5.4 Прохождение света через антизотропную среду. Одноосные кристаллы. Обыкновенная и необыкновенная волны.
- •5.5Интерференция поляризованных волн.
- •5.6 Искусственная антизотропия. Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации (оптическая активность, эффект Фарадея).
- •6.1 Поглощение света. Рассеяние света. Дисперсия света.
- •6.2 Тепловое излучение, его характеристики и законы.
- •6.3 Квантовая гипотеза Планка, формула Планка.
- •7.1 Фотоны. Энергия и импульс фотона
- •7.2 Внешний фотоэффект и его законы. Формула Эйнштейна и объяснение на ее основе законов фотоэффекта.
- •7.3 Эффект Комптона.
- •7.4 Гипотеза де Бройля. Опыты Девиссона-Джермера. Дифракция электронов.
- •7.5 Неприменимость понятия траектории к микрочастицам. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •7.6 Задание состояния частицы в квантовой механике. Волновая функция и её статистический смысл. Нормировка.
- •7.7 Стационарные состояния. Временное и сционарное уравнение Шредингера.
- •7.8 Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме. Волновые функции и квантовые энергии.
4.4 Дифракция Фраунгофера на длинной щели и двух щелях.
Ширина щели BC=b, длина волны, падающего света λ. Свет падает на щель нормально к её поверхности так что колебания во всех точках щели совершаются в одной фазе. О – оптический центр линзы. Дифракционная картина наблюдается на экране, который установлен в фокальной плоскости линзы. φ – угол дифракции, или угол отклонения от прямолинейного распространения падающих волн, который может принимать значения от 0 до .
F0 – центр дифракционной картины, где интерферируют лучи, угол дифракции которых равен нулю. В F наблюдается центральный дифракционный максимум.
Параллельные лучи BM и CN, идущие от краёв щели под углом дифракции φ, собираются линзой в побочном фокусе Fφ.
Линза обладает тем свойством, что оптические пути лучей BM и DNFφ, где D – основание перпендикуляра, опущенного из точки В на направление луча CN, одинаковы.
Результат интерференции в точке Fφ экрана зависит от разности хода волн и длины волн падающего света. Щель можно разбить по ширине на зоны, которые получили название зон Френеля. Зоны имеют вид параллельных ребру В полосок, разность хода от краев которых равна λ/2.
Число зон Френеля, укладывающихся в отверстие, равно:
.
Все зоны излучают свет в рассматриваемом направлении с одинаковой амплитудой, причём колебания, вызываемые в точке Fφ двумя соседними зонами противоположны по фазе.
Поэтому, если число зон Френеля в отверстии чётное
,
где k=1,2…,
то под углом дифракции, удовлетворяющем условию, наблюдается дифракционный минимум. k – порядок дифракционного минимума.
Если число зон Френеля нечётное
, где k=1,2…,
то под углом дифракции φ удовлетворяющему условию
наблюдается дифракционный максимум, соответствующий действию одной зоны Френеля (k - порядок дифракционного минимума).
Амплитуда и интенсивность света в точке Fφ равны:
и ,
где А0 – амплитуда, I0 – интенсивность центрального максимума (φ=0).
4.5 Дифракционная решетка. Угловая дисперсия и разрешающая способность решетки.
Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d.
Если известно число штрихов (N), приходящихся на 1 мм решётки, то период решётки находят по формуле: d = 1 / N мм.
Условия интерференционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под определёнными углами, имеют вид:
где
d — период решётки,
α — угол максимума данного цвета,
k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,
λ — длина волны.
Если же свет падает на решётку под углом θ, то:
Одной из характеристик дифракционной решётки является угловая дисперсия. Предположим, что максимум какого-либо порядка наблюдается под углом φ для длины волны λ и под углом φ+Δφ — для длины волны λ+Δλ. Угловой дисперсией решётки называется отношение D=Δφ/Δλ. Выражение для D можно получить если продифференцировать формулу дифракционной решётки