Дисперсія світла. Випромінювання та поглинання світла.
Дисперсією світла називають явище, зумовлене залежністю показника заломлення речовини від частоти (або довжини) світлової хвилі:Якщо із збільшенням частоти n світла показник заломлення n збільшується , дисперсію називають нормальною; якщо із збільшенням частоти світла показник заломлення зменшується - аномальною. Завдяки дисперсійним впливам середовища поняття швидкості світла істотно ускладнюється. Якщо у вакуумі швидкості світлових хвиль різних частот однакові, то у будь-якому середовищі вони для різних частот різні. Виникає необхідність розрізняти фазову і групову швидкості світла.Швидкість переміщення заданої фази хвилі у будь-якому напрямі називається фазовою швидкістю.
У реальних умовах дістати строго монохроматичну світлову хвилю неможливо. Виділяючи пучок світла одного кольору або розриваючи чи модулюючи хвилю для передачі сигналу, фактично дістаємо пучок хвиль близьких, але все ж різних частот.
Швидкість передачі енергії, а отже, і швидкість переміщення максимуму амплітуди світлового пучка називають груповою швидкістю світла. По суті в усіх раніше розглядуваних методах вимірювання швидкості світла йшлося про вимірювання групової швидкості світла.
Інтерференція світла. Способи здійснення інтерференції світла. Інтерференція світла при відбиванні від прозорих пластинок і плівок.
Інтерференцією називають накладання когерентних хвиль, при якому вони стабільно підсилюються або ослаблюються. Когерентні хвилі - це хвилі однакової частоти, стабільної різниці фаз (в точці додавання) та однакового напряму коливань відповідних векторів.
Інтерференція світла є наслідком прояву його хвильових властивостей. Світло являє собою електромагнітні хвилі дуже короткої довжини. В електромагнітній хвилі у двох взаємно перпендикулярних напрямах періодично змінюються вектор напруженості електричного поля Е і вектор напруженості магнітного поля Н. Проте дія світла на речовину визначається переважно впливом його електричного поля. Вектор напруженості електричного поля хвилі називають світловим вектором.
Рівняння плоскої світлової хвилі, що поширюється вздовж осі -, можна записати у вигляді: де E 0 - амплітудне значення вектора напруженості електричного поля хвилі.
Для світлових хвиль справджується принцип суперпозиції, тобто принцип незалежності хвиль при одночасному поширенні в даному середовищі. З принципу суперпозиції випливає, що результуючий світловий вектор двох світлових хвиль у даній точці дорівнює векторній сумі світлових векторів кожної хвилі окремо. Тому накладання світлових хвиль приводить до результатів, які аналогічні результатам накладання механічних хвиль. Інтерференція світла при відбиванні від прозорих пластинок і плівок. Світлова хвиля, попадаючи на поверхню прозорого середовища, частково відбивається, а частково проходить у прозоре середовище, зазнаючи заломлення. Далі таке роздвоєння світлової хвилі відбудеться на протилежній поверхні прозорого середовища і т.д. Явища відбивання і заломлення світла в тонких прозорих пластинках і плівках приводять до інтерференції світла.
Заслуговує уваги випадок, коли під плівкою міститься середовище, яке оптично густіше від плівки. В цьому випадку обидва промені зазнають зміни у фазі на п: промінь 1 в точці О, а промінь 2 в точці Якщо кути падіння світла малі, то буде існувати мінімум інтерференції світла. Інакше кажучи, від такої плівки світло практично не відбивається і повністю проходить в оптично густіше середовище під плівкою. Саме цей випадок інтерференції світла широко використовують у практиці для так званого просвітлення оптики.
Щоб усунути значне відбивання світла в оптичних приладах, яке веде до зменшення яскравості зображення і появи відблисків, поверхню лінз покривають прозорою плівкою, завтовшки —, з речовини, що має дещо менший показник заломлення, ніж скло лінзи. Як зазначалося вище, плівка істотно зменшує відбиття світла, тобто оптика просвітлюється і якість зображення поліпшується. Частіше на поверхню лінз наносять плівку з кремнезему або з фтористих солей. За методом І.В. Гребєнщикова, просвітлююча плівка утворюється безпосередньо на поверхні лінзи внаслідок оброблення її поверхні розчинами кислот.
Дифракція світла. Дифракція за Френелем. Дифракційна решітка
Прямолінійне поширення світла, як було з’ясовано, є інтерференційний процес в умовах “вільного” поширення світла, тобто в умовах, коли всі зони Френеля вільні і мають симетричне розміщення відносно ока спостерігача. Якщо ж чим-небудь порушується вільність і симетричність у розміщенні зон, то порушується і прямолінійність поширення світла. При цьому виникають явища дифракції - огинання світловими хвилями перешкод і інші зміни в їх поширенні, що виникають при наявності на шляху світла перешкод.
Розрізняють два види дифракції: дифракцію в розбіжних променях (на незначних відстанях від джерела світла), вивчену Френелем, і дифракцію в паралельних променях (на значних відстанях від джерела), вивчену Фраунгофером. Тому ці види дифракції іноді називають дифракцією Френеля і дифракцією Фраунгофера.
Дифракція Френеля від круглого отвору. Якщо на шляху поширення світла від джерела S (рис. 2) розмістити непрозорий екран з круглим отвором АВ значних розмірів, то за ним спостерігається світна пляма, обмежена тінню; коли ж розміри отвору весь час зменшувати, то контури тіні все більше стають розмитими і, нарешті, світна пляма перетворюється в сукупність світлих і темних кілець. Такий результат дифракції від круглого отвору.
Чіткість світлових смуг і дифракційних спектрів істотно поліпшується, якщо перейти від однієї щілини до системи близьких паралельних щілин. При цьому замість дифракційних світлих і темних смуг, що утворюються від кожної щілини зокрема, будуть спостерігатися більш істотні результати інтерференції всіх світлових хвиль, що виходять з системи щілин. Завдяки інтерференції сумарна енергія світла, що проходить через систему щілин, перерозподіляється і концентрується в напрямах, що задовольняють умову інтерференційних максимумів. Так утворюються головні дифракційні максимуми від систем щілин.
Систему близьких паралельних щілин називають дифракційною решіткою. Частіше для її виготовлення беруть відполіровану скляну пластинку і на її поверхні наносять за допомогою ділильної машини ряд паралельних рівновіддалених штрихів. Так, на 1 мм наносять від 100 до 1700 штрихів (в решітках Роуланда), Штрихи на склі дуже розсіюють світло і виконують роль непрозорих проміжків, між ними залишаються прозорі смужки скла, що відіграють роль щілин