Тема 1. Основные свойства световых полей.

Световым полем называют электромагнитное поле в оптическом диапазоне частот. Частоты оптического диапазона чрезвычайно велики (порядка 10¹⁴– 10¹⁵ Гц), а разность частот между границами оптического диапазона очень мала по сравнению с их величинами, поэтому принято измерять оптический диапазон в длинах волн. Специфика оптического диапазона заключается в его двух главных особенностях:

–в оптическом диапазоне выполняются законы геометрической оптики,

–в оптическом диапазоне свет очень слабо взаимодействует с веществом.

Для частот, более низких, чем частоты оптического диапазона, нельзя построить оптические системы по законам геометрической оптики, а электромагнитное поле более высоких частот, как правило, либо проходит сквозь любое вещество, либо разрушает его.

Оптический диапазон состоит из следующих видов излучения: рентгеновское, ультрафиолетовое (УФ), видимое, инфракрасное (ИК). Если во времена Ньютона в оптический диапазон входило только видимое излучение, то с техническим прогрессом диапазон существенно расширился, причем рентгеновское излучение включено в оптический диапазон совсем недавно – примерно 20 лет назад. Не исключено дальнейшее расширение оптического диапазона.

На рис.1. показан участок шкалы электромагнитного излучения в длинах волн, соответствующий оптическому диапазону. Границы оптического диапазона, а также границы между его участками установлены на основе экспериментальных данных и не являются абсолютно точными.

Отражение и преломление света на границе раздела двух сред

Закон преломления:

Качественная часть закона падающий луч,: преломленный луч и нормаль к поверхности раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.

Количественная часть закона произведение показателя: преломления на синус угла между лучом и нормалью сохраняет свое значение при переходе в следующую среду:

Закон отражения:

Закон отражения можно вывести как частный случай закона преломления при n´= – n (это просто прием для удобства расчета лучей в геометрической оптике, в отрицательном значении показателя преломления нет никакого физического смысла). Тогда случай отражения можно не выделять, а включать его в закон преломления при условии, что n´= – n

Литература: [1–12].

Методические указания

В данном разделе студенты знакомятся с основными свойствами световых полей и законами распространения света в различных оптических средах. Особое внимание следует уделить законам отражения и преломления световых лучей. Закон отражения как частный случай закона преломления.

Вопросы для самопроверки

1. Какой диапазон длин волн занимает ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение?

2. Как формулируется закон преломления света в векторной форме?

3. Как формулируется закон отражения в векторной форме?

4. Покажите, что закон отражения света является частным случаем закона преломления.

5. Что такое полное внутреннее отражение?

6. Каковы особенности поляризации света при отражении под углом Брюстера?