Teorija valne optike. valna optika

Optika je grana fizike koja proučava širenje svjetlosti i njezinu interakciju s materijom. Svjetlost je elektromagnetsko zračenje i ima dvojaku prirodu. Kod nekih pojava svjetlost se ponaša kao elektromagnetski val, kod drugih kao struja posebnih čestica fotona ili svjetlosnih kvanta. Valna optika bavi se valnim svojstvima svjetlosti, kvantnim - kvantnim.

Svjetlo je tok fotona. Sa stajališta valne optike, svjetlosni val je proces osciliranja električnog i magnetskog polja koji se prostire u prostoru.

Optika se bavi svjetlosnim valovima, uglavnom infracrvenim, vidljivim, ultraljubičastim rasponima. Kao elektromagnetski val, svjetlost ima sljedeća svojstva (ona slijede iz Maxwellove jednadžbe):

Vektori električnog polja E, magnetskog polja H i brzine širenja vala V međusobno su okomiti i čine desni sustav.

Vektori E i H osciliraju u istoj fazi.

Za val je zadovoljen sljedeći uvjet:

Jednadžba svjetlosnog vala ima , gdje je valni broj, radijus vektor i početna faza.

U međudjelovanju svjetlosnog vala s tvari najveću ulogu ima električna komponenta vala (magnetska komponenta ima slabiji učinak izvan magnetskog medija), pa se E naziva svjetlo vektor, a njegova amplituda je A.

Jednadžba (1) je rješenje valne jednadžbe, koja ima oblik:

(2), gdje je Laplacian; V je fazna brzina V=c/n(3).

Za nemagnetske medije =1 =>. Iz (3) se vidi da je n=c/v. Prema vrsti valne površine razlikuju se ravne, sferne, eliptične itd. valovi.

Za ravni val, amplituda svjetlosnog vektora jednadžbe (1) je konstantna. Za sferni se smanjuje s udaljenošću od izvora prema zakonu .

Prijenos energije svjetlosnog vala karakterizira Pointig vektor.

Ona predstavlja gustoću toka energije i usmjerena je po brzini – u smjeru njezina prijenosa. Vektor S se vrlo brzo mijenja s vremenom, pa svaki prijamnik zračenja, pa tako i oko, tijekom vremena promatranja puno dužeg od valnog perioda, registrira vremenski usrednjenu vrijednost Pointigovog vektora, tzv. intenzitet svjetlosnog vala., gdje. Uzimajući u obzir (1) i činjenicu da Hono ima isti oblik, možemo napisati da (4)

Ako izračunamo prosjek jednadžbe (4) tijekom vremena, tada će drugi član nestati (pet). Iz (5) slijedi da je I-(6).

Intenzitetja- ovo je količina energije koju svjetlosni val prenese u jedinici vremena kroz jedinicu površine. Pravac po kojem se širi energija vala naziva se greda. Druga karakteristika svjetlosnog vala je njegova polarizacija. Pravi izvor sastoji se od ogromnog broja atoma koji emitiraju, pobuđeni, tijekom t=10 -8 s, pri čemu emitiraju fragment vala λ=3m.

Ti valovi imaju različite smjerove vektora E u prostoru, pa se u rezultirajućem zračenju tijekom vremena promatranja javljaju različiti smjerovi vektora E, tj. smjer E za pravi izvor mijenja se slučajno u vremenu, a svjetlost iz takvog izvora se naziva prirodni (nepolarizirani). Ako je smjer oscilacija vektora E uređen, onda je takva svjetlost polarizirani. Razlikujemo svjetlosno polarizirano, polarizirano u krug i elipsu.

VALNA OPTIKA

VALNA OPTIKA

Fizički dio optika, koja proučava ukupnost pojava u kojima se pojavljuju valovi. priroda svijeta. Ideje o valovima. Priroda širenja svjetlosti seže do Gollova temeljnog djela. znanstvenik 2. kat. 17. stoljeće X. Huygens. Stvorenja. V. razvoj o. dobio u studijama T. Junga (Velika Britanija), O. Fresnela, D. Araga (Francuska) i drugih, kada su provedeni temeljni pokusi koji su omogućili ne samo promatranje, već i objašnjenje fenomena interferencije svjetlosti. , ogib svjetlosti, mjeri duljinu, utvrđuje poprečne titraje svjetlosti i otkriva druge značajke prostiranja svjetlosnih valova. Ali za usklađivanje poprečnih svjetlosnih valova s ​​DOS-om. V.-ova ideja o. o širenju elastičnih oscilacija u izotropnom mediju, bilo je potrebno tom mediju (svijetu) postaviti niz zahtjeva koji su međusobno teško pomirljivi. CH. neke od tih poteškoća riješene su u kon. 19. stoljeća Engleski fizičar J. Maxwell u analizi ur-cija koje povezuju brzo promjenjive električne. i magn. polja. U djelima Maxwella nastala je nova V. o., el.-magn. teoriju svjetlosti, uz pomoć koje se pokazalo vrlo jednostavnim objašnjenjem niza pojava, npr. polarizacija svjetlosti i količine. odnosi pri prijelazu svjetlosti s jednog prozirnog dielektrika na drugi (vidi FRESNELOVU FORMULU). Korištenje el.-mag. teorije u raznim V.-ovi zadaci o. pokazalo slaganje s eksperimentom. Tako je, na primjer, predviđen fenomen svjetlosnog tlaka, čije je postojanje dokazao PN Lebedev (1899). Dopuna el.-mag. model teorije svjetlosti, prikazi elektronske teorije (vidi LORENTZ-MAXWELLOVE JEDNADŽBE) omogućili su jednostavno objašnjenje ovisnosti indeksa loma o valnoj duljini (disperzija svjetlosti) i druge efekte.

Daljnje širenje granica V. o. nastala kao posljedica primjene ideja posebnih. teorija relativnosti (v. TEORIJA RELATIVNOSTI), eksperiment. substantiation of a cut bila je povezana s tankim optičkim. eksperimenti, u to-ryh DOS. igrana uloga se odnosi. izvor i prijemnik svjetlosti (vidi MICHAELSONOVO ISKUSTVO). Razvoj ovih ideja omogućio je isključivanje svjetskog etera iz razmatranja ne samo kao medija u kojem se e-magovi šire. valova, ali i kao apstraktni referentni okvir.

Međutim, analiza eksperimentalnih podataka o ravnotežnom toplinskom zračenju i fotoelektričnom učinku pokazala je da V. o. ima definiciju. granice primjene. Raspodjelu energije u spektru toplinskog zračenja objasnio je on. fizičar M. Planck (1900), koji je došao do zaključka da elementar oscilira. sustav zrači i apsorbira energiju ne kontinuirano, već u porcijama - kvantima. Razvoj kvantne teorije A. Einsteina doveo je do stvaranja fotonske fizike – nove korpuskularne optike, rubova, koja nadopunjuje el.-mag. teorija svjetlosti, u potpunosti odgovara općeprihvaćenim idejama o dualizmu svjetlosti.

Fizički enciklopedijski rječnik. - M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prokhorov. 1983 .

Pogledajte što je "VALNA OPTIKA" u drugim rječnicima:

Valna optika je grana optike koja opisuje širenje svjetlosti u smislu njene valne prirode. Fenomeni valne optike su interferencija, difrakcija, polarizacija itd. Vidi također Valna optika u prirodi Veze ... Wikipedia

Grana fizičke optike koja proučava sveukupnost takvih pojava kao što su difrakcija svjetlosti, interferencija svjetlosti, polarizacija svjetlosti, u kojima se očituje valna priroda svjetlosti ... Veliki enciklopedijski rječnik

valna optika- - [L.G. Sumenko. Englesko-ruski rječnik informacijskih tehnologija. M .: GP TsNIIS, 2003.] Teme informacijska tehnologija općenito EN fizička optika ... Tehnički prevoditeljski priručnik

Grana fizičke optike koja proučava skup pojava u kojima se očituje valna priroda svjetlosti, kao što su difrakcija svjetlosti, interferencija svjetlosti, polarizacija svjetlosti. * * * VALNA OPTIKA VALNA OPTIKA, dio fizičke optike koji proučava ... ... enciklopedijski rječnik

valna optika- banginė optika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. valna optika vok. Wellenoptik, rus. valna optika, f pranc. optique d'ondes, f; optique ondulatoire, f … Fizikos terminų žodynas

Fizički dio optika, koja proučava ukupnost pojava u kojima se očituje valna priroda svjetlosti, kao što su difrakcija svjetlosti, interferencija svjetlosti, polarizacija svjetlosti... Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

Stil ovog članka nije enciklopedijski ili krši norme ruskog jezika. Članak treba ispraviti prema stilskim pravilima Wikipedije. Sadržaj ... Wikipedia

Kvantna mehanika ... Wikipedia

Tablica "Optika" iz enciklopedije 1728 O ... Wikipedia

Valna optika- grana fizičke optike koja proučava ukupnost pojava u kojima se očituje valna priroda svjetlosti. Prva djela X. Huygensa (1629 1695) 2. pol. 17. stoljeće Valna optika dobila je značajan razvoj u studijama T. Younga (1773. 1829.), O. ... ... Pojmovi moderne prirodne znanosti. Rječnik osnovnih pojmova

knjige

• Wave optics Fifth stereotypical edition, Kaliteevsky N. U udžbeniku N. I. Kaliteevsky "Wave optics" razmatraju se temelji elektromagnetske teorije svjetlosti. Dužna pažnja posvećena je eksperimentu. Prezentacija svojstava elektromagnetskih valova ...

Valna optika – grana optike koja proučava sveukupnost
pojave u kojima se očituje valna priroda svjetlosti.
Huygensovo načelo - svaka dosegnuta točka
val služi kao središte sekundarnih valova, a ovojnica istih
valovi daje položaj valne fronte u sljedećem
točka u vremenu (valna fronta - geometrijsko mjesto
točke do kojih oscilacije dosežu u vremenu t).
Ovaj princip je osnova valne optike.

Zakon refleksije

Ravni val pada na granicu između dva medija
(valna fronta - ravnina AB), širenje
po pravcu I.
Kada valna fronta dođe do reflektirajuće površine
u točki A, ova će točka početi zračiti sekundarni val.
Da bi val prešao udaljenost BC, potrebno je
vrijeme t = BC/v.

Zakon refleksije

Za isto vrijeme, front sekundarnog vala će doći do točaka
hemisfere čiji je polumjer AD jednak v t = BC.
Položaj fronte reflektiranog vala u ovom trenutku

ravnina DC, i smjer širenja ove
valovi - greda II. Iz jednakosti trokuta ABC i ADC
slijedi zakon refleksije: kut refleksije i1/ jednak je kutu
padajući i1

Zakon refrakcije

Ravni val (valna fronta - ravnina AB),
šireći se u vakuumu duž pravca I
brzina svjetlosti c, pada na granicu s medijem, u
čija je brzina širenja jednaka v.
Ako je vrijeme potrebno valu da prijeđe put
BC je jednak t, tada je BC = c t. U isto vrijeme, valna fronta
pobuđen točkom A u sredstvu brzinom v, dosegnut će
točke polutke, čiji je polumjer AD = v t.

Zakon refrakcije

Za isto vrijeme valna fronta pobuđena točkom A u sredstvu
brzinom v, doći će do točaka hemisfere čiji je polumjer AD =
vt. Položaj fronte lomljenog vala u ovom trenutku
dano je vrijeme u skladu s Huygensovim načelom
ravnina DC, a pravac njegovog prostiranja - zraka III.
Iz slike proizlazi da

koherentnost

Korelacija se naziva koherencijom.
(dosljednost) nekoliko vibracijskih ili valnih
procesi u vremenu, što se očituje kada se dodaju.
Oscilacije su koherentne ako je njihova fazna razlika konstantna tijekom
vrijeme i pri zbrajanju oscilacija dobije se titraj
istu frekvenciju.
Klasičan primjer dviju koherentnih oscilacija je
dvije sinusne oscilacije iste frekvencije.
Valna koherencija znači da
na raznim prostornim točkama
javljaju se oscilacijski valovi
sinkroni, tj. fazna razlika
između dvije točke ne ovisi
s vremena.

INTERFERENCIJA MONOKROMATSKE SVJETLOSTI

Interferencija svjetlosti poseban je slučaj opće pojave
valna interferencija, koja se sastoji u prostornom
redistribucija energije svjetlosnog zračenja pri
superpozicije koherentnih elektromagnetskih valova.

Monokromatski svjetlosni valovi koji se mogu složiti
(vektori jakosti električnog polja valova E1 i
E2) u točki promatranja osciliraju duž jedne
ravno.
Amplituda rezultirajuće oscilacije u
točka koja se razmatra.

Intenzitet rezultirajućeg vala
Intenzitet u slučaju in-faze
oscilacije (faze f1 i f2 su iste ili različite
za paran broj)
Intenzitet u slučaju protufaze
oscilacije (faze f1 i f2 razlikuju se neparnim brojem)

Duljina optičkog puta između dvije točke medija -
udaljenost preko koje svjetlosti (optičko zračenje)
širio bi se u vakuumu tijekom svog prolaska
između ovih točaka
Razlika optičkog puta – razlika između optičkih
duljina staza koje svjetlost putuje
Fazna razlika dva koherentna svjetlosna vala ()
Odnos između fazne razlike i optičke razlike puta
.

Uvjeti za maksimume i minimume smetnji

DOBIVANJE KOHERENTNIH ZRAKA PODJELOM VALNE ČELJE

Youngova metoda
Ulogu sekundarnih koherentnih izvora S1 i S2 igraju dva
uski prorezi osvijetljeni jednim izvorom malog kuta
veličine, a u kasnijim eksperimentima propuštena je svjetlost
uski utor S, jednako udaljen od
dva druga utora. Uočava se uzorak interferencije
u području preklapanja svjetlosnih zraka koje izlaze iz S1 i S2.

Fresnel zrcala
Svjetlost izvora S pada divergentnim snopom na dva
ravna zrcala A1O i A2O, smještena jedno u odnosu na drugo
prijatelja pod kutom koji se samo malo razlikuje od 180° (kut φ
mali).
Izvor i njegove slike S1 i S2 (kutna udaljenost između
jednak 2φ) leže na istoj kružnici polumjera r s
sa središtem na O (točka kontakta zrcala).
Svjetlosne zrake, reflektirane od zrcala, tvore dvije imaginarije
izvorne slike S1 i S2, koje djeluju kao
koherentni izvori (dobiveni cijepanjem istih
valna fronta,
izlazi iz S).
interferencijski uzorak
promatrano u regiji međusobnog
preklapanje reflektiranih zraka
(zaslon E je zaštićen od izravnog
prigušivač ulaza svjetla 3).

Fresnel biprizma
Formirana od dvije identične presavijene baze
prizme s malim lomnim kutovima. svjetlo od
točkasti izvor S lomi se u obje prizme, u
uslijed čega se svjetlost širi iza biprizme
zrake, kao da izviru iz imaginarnih izvora S1 i S2,
biti koherentan. Na osjenčanoj slici
područja - područja sjecišta lomljenih fronti -
uočava se interferencijski uzorak.

Lloydovo ogledalo
Točkasti izvor S je vrlo blizu
udaljenost do površine ravnog zrcala M, pa svjetlost
reflektiran od ogledala pod kutom bliskim kutu klizanja.
Koherentni izvori su primarni izvor S i
njegova zamišljena slika S1 u zrcalu.

Uzorak smetnji iz dva koherentna izvora

Dva uska utora S1 i S2 nalaze se blizu jedan drugog i
su koherentni izvori – pravi ili
imaginarne slike izvora u nekom optičkom
sustav. Rezultat interferencije je u nekoj točki A
zaslon paralelan s oba utora i smješten od
njih na udaljenosti l(l > > d). Ishodište je odabrano u točki
Oh, simetrično u odnosu na utore.

Razlika optičkog puta (vidi konstrukciju i l > > d).
Maksimalni intenzitet (uzimajući u obzir stanje
maksimum smetnji).
Minimum intenziteta (uzimajući u obzir stanje
minimum smetnji).
Širina ruba interferencije (razmak između
dva susjedna maksimuma (ili minimuma)).

Pojava maksimuma i minimuma interferencije sa stajališta valne teorije

DOBIVANJE KOHERENTNIH ZRAKA DIJELJENJEM AMPLITUDE

Monokromatska svjetlost iz točkastog izvora S, upada
na tankoj prozirnoj planparalelnoj ploči (vidi sl.
slika), reflektira se na dvije površine ove ploče:
vrh i dno. Do bilo koje točke P koja se nalazi s tim
iste strane ploče kao S, dolaze dvije grede, koje
dati interferencijski uzorak. U zapisnik
postoji podjela amplitude, budući da valne fronte na
sačuvana je, mijenjajući samo smjer svoje
pokret.

Interferencija od planparalelne ploče
Zrake 1 i 2 idu od S prema P (točka P na ekranu,
koji se nalaze u žarišnoj ravnini leće) nastaju
jednim upadnim snopom i nakon refleksije od vrha i
donje površine ploče su međusobno paralelne.
Ako je optička razlika putanja između zraka 1 i 2 mala u
u usporedbi s duljinom koherencije upadnog vala, dakle
oni su koherentni, a interferencijski uzorak
određena razlikom optičkog puta između
interferentne zrake.

Razlika optičkog puta između ometajućih
zraka iz točke O u ravninu AB

interferencijski maksimumi
u reflektiranoj svjetlosti odgovaraju
niske u prolazu, i
obrnuto (optička razlika
potez za prolaz i
reflektirana svjetlost
razlikuje se za 0/2).

Smetnje od ploče promjenjive debljine
Na klinu (kut a između bočnih strana
mali) pada ravni val (neka njegov smjer
širenje se poklapa s paralelnim zrakama 1 i 2).
Pri određenom međusobnom položaju klina i leće
zrake 1" i 1" reflektirane od vrha i dna
površine klina sijeku se u nekoj točki A,
koja je slika točke B. Budući da su zrake 1 "i 1"
koherentan, dakle
oni će
umiješati se.

Grede 2 "i 2", nastale tijekom podjele grede 2,
padaju na drugu točku klina, skupljaju se lećom na točki
A". Razlika optičkog puta već je određena debljinom
d". Na ekranu se pojavljuje sustav interferencijskih pruga.
Ako se izvor nalazi daleko od površine klina, i
kut a je zanemariv, tada je razlika optičkog puta između
interferentne zrake proračunava se dosta točno
prema formuli za planparalelnu ploču
licemjerje

Newtonovi prstenovi
Promatrano kada se svjetlost reflektira od zračnog raspora,
koju čine planparalelna ploča i
plankonveksna leća u kontaktu s njim
s velikim polumjerom zakrivljenosti.
Paralelni snop svjetlosti pada na ravnu površinu
leće su normalne; izgledaju trake jednake debljine
koncentrične kružnice.

NEKE PRIMJENE INTERFERENCIJE

Prosvjetljenje optike
Ovo je minimizacija koeficijenata refleksije
površine optičkih sustava primjenom
prozirne folije, čija je debljina razmjerna duljini
valovi optičkog zračenja.
Debljina filma d i indeksi loma
filmovi (n) i stakla (nc) odabrani su tako da
miješajući se
grede 1" i 2"
međusobno gasili.

INTERFEROMETRI

Optički instrumenti koji mogu
prostorno podijeliti snop svjetlosti na dva ili više
broj koherentnih zraka i stvoriti između njih
određena putna razlika. Spajajući ove snopove
promatrati smetnje.

Difrakcija svjetlosti

Difrakcija svjetlosti – skup pojava opaženih tijekom
širenje svjetlosti kroz male otvore
granice neprozirnih tijela itd. te zbog vala
priroda svijeta.
Pojava difrakcije, zajednička svim valnim procesima,
ima značajke za svjetlo, naime ovdje, u pravilu,
valna duljina je puno manja od dimenzija d barijera (ili
rupe).
Pa gledajte
difrakcija može
sasvim dovoljno
velike udaljenosti I od
barijere (I > d2/).

Huygens-Fresnel princip
Svjetlosni val pobuđen izvorom S može se
predstavljen kao rezultat superpozicije koherentnih
sekundarni valovi "zračeni" iz fiktivnih izvora.

Huygens-Fresnel princip

Fraunhoferova difrakcija

Fresnelove zone

Zonske ploče

U najjednostavnijem slučaju staklene ploče
čija se površina nanosi prema principu lokacije
Fresnelove zone naizmjenično prozirne i neprozirne
prstenovi s polumjerima određenim za zadane vrijednosti
a, b i izraz

Ako postavimo zonu
ploča u strogo
određeno mjesto (na
udaljenost a od točke
izvora i na udaljenosti b od
osmatračke točke na liniji,
povezujući ove dvije točke), zatim
to je za svjetlo valne duljine
blokirat će parne zone i
ostaviti slobodan tečaj,
počevši od centra.
Kao rezultat, rezultirajuće
amplituda A = A1 + A3 + A5 + ...
trebao biti više od
potpuno otvoreni val
ispred. Iskustvo to potvrđuje
zaključci: zona ploča
povećava osvjetljenje,
ponašajući se kao sakupljač
leće.

FRESNELOVA DIFRAKCIJA

Fresnel difrakcija (difrakcija u konvergentnim zrakama)
Odnosi se na slučaj pada prepreke
sferni ili ravni val i difrakcijski uzorak
promatrana na ekranu iza prepreke na
konačnu udaljenost od njega.

Difrakcija na kružnom otvoru

postoji zaslon s okruglom rupom.
Difrakcijski uzorak promatra se u točki B zaslona E,
koji leži na liniji koja spaja S sa središtem rupe.
Zaslon je paralelan s rupom.

Analiza rezultata. Vrsta difrakcijskog uzorka ovisi o
broj Fresnelovih zona koje stanu na otvoreni dio vala
površine u ravnini otvora. Amplituda rezultirajućeg
oscilacije pobuđene u točki B svim zonama
(znak "plus" odgovara neparnom m, "minus" parnom m).
Ako rupa otvara paran broj Fresnelovih zona, tada u točki B
postoji minimum, ako je neparan, onda maksimum. Najmanje
intenzitet odgovara dvjema otvorenim Fresnelovim zonama,
maksimalno - jedna Fresnel zona.

Difrakcija na kružnom disku

Na putu sfernog vala iz točkastog izvora S
nalazi se okrugli neprozirni disk. Difrakcijski
slika se promatra u točki B ekrana E, koja leži na liniji
povezujući S sa središtem diska. Zaslon je paralelan s diskom.

Analiza rezultata. Dio vala pokriven diskom
fronta se mora isključiti iz razmatranja i Fresnelova zona
graditi počevši od rubova diska.
Ako disk pokriva m Fresnelovih zona, tada je amplituda
rezultirajuća oscilacija u točki B jednaka je
tj. jednaka polovici amplitude zbog prve
otvorena Fresnel zona. Stoga u točki B uvijek
postoji maksimum - svijetla točka, tzv
Poissonova točka, čija svjetlina raste s povećanjem veličine
disk je smanjen.

FRUNHOFEROVA DIFRAKCIJA (DIFRAKCIJA PARALELNOG ZRAKA)

Odnosi se na slučaj kada izvor svjetlosti i točka
opažanja su beskonačno udaljena od prepreke,
uzrokujući difrakciju. Praktično dovoljno za ovo
postavite točkasti izvor svjetlosti u fokus skupljanja
leće, te proučavati difrakcijski uzorak u žarištu
ravnina druge konvergentne leće postavljene iza
prepreka.

Fraunhoferova difrakcija na prorezu

normalno na ravninu proreza širine a.
Paralelni snopovi zraka koji izlaze iz proreza
proizvoljan smjer φ (φ - kut
difrakcija) prikupljaju se lećom u točki B.

Konstrukcija Fresnelovih zona

Otvoreni dio valne plohe MN u ravnini utora
podijeljen u Fresnel zone, u obliku pruga,
paralelan s bridom M i nacrtan tako da razlika
putovanje od njihovih odgovarajućih točaka bilo je /2.
Optička razlika puta između krajnjih zraka MN i
N.D.
Broj Fresnelovih zona koje stanu unutar širine proreza.
Uvjet difrakcijskog minimuma u točki B
(broj Fresnelovih zona je paran).
Uvjet difrakcijskog maksimuma u točki B
(broj Fresnelovih zona je neparan).

Difrakcijski spektar

Ovisnost raspodjele intenziteta na ekranu o kutu
difrakcija. Većina svjetlosne energije koncentrirana je u
centralni maksimum. S povećanjem kuta difrakcije
intenzitet bočnih maksimuma naglo opada
(relativni intenzitet maksimuma
I0:I1:I2: ... = 1: 0,047: 0,017: ...).
Pri osvjetljavanju bijelom svjetlošću središnji maksimum ima
pogled na bijelu prugu (zajednička je za sve valne duljine), bočno
maksimumi su duginih boja.

Utjecaj širine proreza na difrakcijski uzorak

Smanjuje se
širina proreza
središnji
maksimalno se širi
(vidi sliku a), c
povećanje širine
pukotine (a>)
difrakcijski
pruge postaju uže
i svjetlije (vidi sliku b).

Difrakcija na dva proreza

Ravni monokromatski svjetlosni val je upadni
normalno na zaslon s dva identična proreza (MN i
CD) širine a, međusobno udaljeni na udaljenosti b;
(a + b) = d.

Difrakcijski uzorak na dva proreza

između dva glavna maksimuma je dodatni
minimum, a maksimumi postaju uži nego u slučaju jednog
pukotine.

Difrakcijska rešetka

Jednodimenzionalna difrakcijska rešetka
Sustav paralelnih utora (poteza) jednake debljine,
koji leže u istoj ravnini i odvojeni jednakim
širine u neprozirnim razmacima.
Konstanta (period) difrakcijske rešetke
Ukupna širina utora a i neprozirni razmak b
između pukotina.

Difrakcijski uzorak na rešetki

Rezultat međusobne interferencije valova koji dolaze iz svih
utora, tj. provodi se višestazna interferencija
koherentne difraktirane zrake svjetlosti koje dolaze iz svih
pukotine.

Što je više utora unutra
ribanje, što više
proći će svjetlosna energija
rešetke, što više minimuma
nastala između susjednih glavnih
maksima, tj. maksimumi će biti
intenzivniji i oštriji.
Maksimalni red spektra,
zadan difrakcijskom rešetkom

PROSTORNA MREŽA. DIFRAKCIJA RTG ZRAKA

Prostorne tvorbe u kojima elementi
strukture su slične u obliku, imaju geometrijske
točan i povremeno ponavljajući raspored,
kao i dimenzija razmjernih valnoj duljini
elektromagnetska radijacija.
Drugim riječima, takve prostorne tvorevine
mora imati periodičnost u tri koja ne leži u jednom
ravninski pravci. Kao prostorni
mogu se koristiti kristali rešetke.
Razmak između atoma u kristalu (10-10 m) je takav da
mogu pokazati difrakciju rendgenskih zraka
zračenja (10-12-10-8 m), budući da za promatranje
difrakcijski uzorak zahtijeva sumjerljivost
konstanta rešetke s valnom duljinom upadnog zračenja.

Rendgenska difrakcija na kristalu

Snop monokromatskog rendgenskog zračenja (na
slika prikazuje paralelne grede 1 i 2) upada na
kristalna površina pod kutom gledanja (kut između
upadna zraka i kristalografska ravnina) i
pobuđuje atome kristalne rešetke, što
postaju izvori koherentnih sekundarnih valova 1" i 2",
ometajući jedni druge. Rezultat smetnje
valova određena je njihovom razlikom putanje 2d sin (vidi sliku).

Wulf-Braggova formula

Kod njih se opažaju difrakcijski maksimumi
smjerova u kojima su se sve odražavale atomske
ravninama, valovi su u istoj fazi (in
smjerovi određeni Wulf-Braggovom formulom)
.

REZOLUCIJA OPTIČKIH INSTRUMENATA

Budući da svjetlost ima valnu prirodu,
stvoren optičkim sustavom (čak i idealnim!)
slika točkastog izvora nije točka, nego
je svijetla točka okružena
naizmjenični tamni i svijetli prstenovi (u slučaju
monokromatsko svjetlo) ili prelivajući se prstenovi (in
slučaj bijele svjetlosti).
Dakle, fundamentalno neizbježna pojava
difrakcija ograničava moguću rezoluciju
sposobnosti optičkih instrumenata – sposobnosti
optički instrumenti za davanje zasebne slike dvaju
blizu jedna drugoj točke objekta.

Rayleighov kriterij

Slike dviju identičnih točaka u blizini
izvora ili dvije obližnje spektralne linije sa
jednakih intenziteta i identičnih simetričnih
konture su razlučive (odvojene za percepciju) ako
središnji maksimum difrakcijskog uzorka od jednog
izvor (linija) poklapa se s prvim minimumom
difrakcijski uzorak od drugog.

DIFRAKCIJSKA REŠETKA KAO SPEKTRALNI INSTRUMENT

Položaj glavnih maksimuma u difrakcijskoj rešetki
ovisi o valnoj duljini:
Stoga, kada se bijela svjetlost propušta kroz rešetku, sve
maksimuma, osim središnjeg (m = 0), širi se u
spektra, čija će ljubičasta regija biti okrenuta
središte difrakcijskog uzorka, crveno - prema van.
Ovo se svojstvo koristi za proučavanje spektra
sastav svjetlosti (određivanje valnih duljina i intenziteta
sve monokromatske komponente), tj. difrakcijske
rešetka se može koristiti kao spektralna
uređaj.

Karakteristike difrakcijske rešetke

Kutna disperzija karakterizira stupanj istezanja
spektra u području blizu zadane valne duljine
Rezolucija

Disperzija svjetla

Ovisnost fazne brzine svjetlosti u sredstvu o njegovoj frekvenciji.
Budući da je v \u003d c / n, tada je indeks loma medija
ispada da ovisi o frekvenciji (valnoj duljini).

Disperzija indeksa loma pokazuje koliko brzo
indeks loma n mijenja se s valnom duljinom.

Prizma kao spektralni uređaj

Kut otklona zraka od prizme
n je funkcija valne duljine, dakle zrake različitih valnih duljina
nakon prolaska kroz prizmu će se skrenuti za
različitih kutova, tj. snop bijele svjetlosti iza prizme se razlaže
u spektar (prizmatični spektar)

Razlike u difrakcijskim i prizmatičnim spektrima

Difrakcijska rešetka
Prizma
Razgrađuje upadnu svjetlost
ravno u duljinu
valova, dakle, prema izmjerenom
kutovima (u smjerovima
maxima) mogu
izračunati valnu duljinu.
Crvene zrake su odbijene
jače od ljubičaste
(crvene zrake imaju
duža valna duljina od
ljubičasta.
Razgrađuje upadnu svjetlost na
vrijednosti indikatora
refrakcije, pa je potrebno
znati ovisnost
lom betona
tvari od valne duljine
Crvene zrake su odbijene
slabije od ljubičaste
što se tiče crvenih zraka
indeks loma
manje.

Disperzijske krivulje

Formula disperzije (isključujući prigušenje za
vibracije jednog optičkog elektrona)

Formula disperzije (bez atenuacije) za
vibracije nekoliko optičkih elektrona

APSORPCIJA (APSORPCIJA) SVJETLOSTI

Fenomen smanjenja energije svjetlosnog vala kada ga
raspodjela u tvari uslijed transformacije
energiju valova u druge oblike energije.

Bouguer-Lambertov zakon

RASPRŠENJE SVJETLOSTI

Ovo je proces pretvaranja svjetla u materiju,
praćeno promjenom smjera
širenje svjetlosti i pojava nepravilnog
luminoznost materije.
Raspršenje svjetlosti u mutnim i čistim medijima
Tyndallov učinak
Molekularno raspršenje

Rayleighov zakon

Intenzitet raspršene svjetlosti obrnuto je proporcionalan
četvrta potencija valne duljine uzbudljive svjetlosti.
Zakon opisuje Tyndallov efekt i molekularno raspršenje.
Prema Rayleighovu zakonu, intenzitet raspršene svjetlosti je obrnut
proporcionalna četvrtoj potenciji valne duljine, dakle plava
i plave zrake se raspršuju više od žutih i crvenih,
uzrokujući plavu boju neba. Iz istog razloga, svjetlo
prošla kroz znatnu debljinu atmosfere, pokazalo se
obogaćen duljim valnim duljinama (plavo-ljubičasti dio
spektar je potpuno raspršen), pa stoga pri zalasku i izlasku sunca
Sunce izgleda crveno.
Fluktuacije gustoće i intenzitet raspršenja svjetlosti
povećati s povećanjem temperature. Stoga, na vedro ljeto
dan boja neba je zasićenija u usporedbi s ovom
isti zimski dan.

VAVILOV-ČERENKOVLJEVO ZRAČENJE

Emisija svjetlosti nabijenih čestica
kada se kreće u mediju konstantnom brzinom V,
prekoračenje fazne brzine iu ovom sredstvu, tj. pri
stanje
(n je indeks loma).
Promatrano za sve prozirne
tekućine, plinovi i čvrste tvari.

Potvrđivanje mogućnosti postojanja Vavilov-Čerenkovljevog zračenja

Opravdanost mogućnosti
postojanje Vavilovog zračenja
Čerenkov
Prema elektromagnetskoj teoriji, nabijena čestica
npr. elektron emitira elektromagnetske valove
samo kada se brzo kreće.
Tamm i Frank pokazali su da je to istina samo do
sve dok brzina V nabijene čestice ne prijeđe
fazna brzina v = c/n elektromagnetskih valova u sredstvu, in
kojim se čestica kreće.
Prema Tammu i Franku, ako brzina kretanja elektrona u
prozirni medij premašuje faznu brzinu svjetlosti u
danom mediju, elektron emitira svjetlost.
Zračenje se ne širi u svim smjerovima, ali
samo za one koji s njima tvore oštar kut
putanje čestice (duž generatora stošca, osi
koji se poklapa sa smjerom brzine čestice).

Elektron se u sredstvu giba brzinom V > v = c/n duž
putanja AE (vidi sliku).
Svaka točka (na primjer, točke A, B, C, D) putanje ABC
nabijena čestica u optički izotropnoj sredini je
izvor sferičnog vala koji se širi sa
brzina v = c/n.
Svaka sljedeća točka pobuđuje se s odgodom,
dakle polumjeri sfernih valova sukcesivno
smanjenje. Prema Huygensovom principu, kao rezultat
interferencije ovih elementarnih valova
gasiti jedni druge posvuda osim
njihovu površinu ovojnice
(valovita površina)
s vrhom u točki E, gdje je na zadanom
moment je elektron.

Opravdanje usmjerenosti Vavilov-Čerenkovljevog zračenja Huygensovim principom

Ako je npr. elektron prešao put AE za 1 s, tada svjetlost
val je za to vrijeme prošao stazom AA."
Stoga su segmenti AE i AA" redom jednaki V i v
= c/n.
Trokut AA "E - pravokutnik s pravim kutom y
vrhovi A". Zatim
Sfere se sijeku samo kada
nabijena čestica se giba brže
nego svjetlo
valova, a zatim njihovu valnu površinu
je stožac s vrhom
na mjestu gdje se trenutno nalazi
elektron.

Dopplerov efekt za elektromagnetske valove u vakuumu

0 odnosno - frekvencije emitiranih svjetlosnih valova
izvor i percipiran od strane primatelja; v - brzina
izvor svjetlosti u odnosu na prijemnik; - kut između
vektor brzine v i smjer promatranja,
mjereno u referentnom okviru povezanom s promatračem;
c - brzina širenja svjetlosti u vakuumu

Longitudinalni Doppler efekt

Transverzalni Doppler efekt

Polarizacija svjetlosti

Skup pojava valne optike, u kojoj
očituje transverzalnost elektromagnetske svjetlosti
valovi (prema Maxwellovoj teoriji svjetlosni valovi
transverzalno: vektori električne jakosti E
i magnetska H polja svjetlosnog vala međusobno su
okomito i osciliraju okomito
vektor brzine v širenja vala
(okomito na gredu)). Jer
za polarizaciju je dovoljno proučiti ponašanje
samo jedan od njih, naime vektor E, koji
naziva se svjetlosni vektor.

polarizirana svjetlost
Svjetlost u kojoj smjer titranja svjetlosnog vektora
sortirano na neki način.
prirodno svjetlo
Svjetlo sa svim mogućim jednako vjerojatnim smjerovima
oscilacije vektora E (a time i H).
Djelomično polarizirano svjetlo
Svjetlo s prevladavajućim (ali ne isključivim!)
smjer osciliranja vektora E.

Ravno polarizirana (linearno polarizirana) svjetlost
Svjetlost u kojoj vektor E (a time i H) oscilira
samo u jednom smjeru, okomito na gredu.
Eliptično polarizirana svjetlost
Svjetlost kojoj se vektor E mijenja s vremenom tako da
da njegov kraj opisuje elipsu koja leži u ravnini,
okomito na gredu.
Eliptično polarizirana svjetlost je najčešći tip
polarizirana svjetlost.

Dobivanje ravno polarizirane svjetlosti

Dobiva se propuštanjem prirodnog svjetla kroz polarizatore
P, koji su mediji koji su anizotropni u
u odnosu na oscilacije vektora E (na primjer, kristali, in
posebno turmalin). Polarizatori propuštaju vibracije
paralelno s glavnom ravninom polarizatora, i
potpuno ili djelomično odgoditi vibracije,
okomito na nju.

Malusov zakon

Intenzitet svjetla koje prolazi
polarizator i analizator, proporcionalan kvadratu
kosinus kuta između njihovih glavnih ravnina.

Prolaz prirodnog svjetla kroz dva polarizatora

Intenzitet emitiranog ravno polariziranog svjetla
od prvog polarizatora
Intenzitet svjetlosti koja prolazi kroz drugi polarizator
Intenzitet svjetlosti koja prolazi kroz dva polarizatora
Stupanj polarizacije

POLARIZACIJA SVJETLOSTI KOD REFLEKSIJE I LOMA

Fenomen polarizacije svjetlosti
Izolacija svjetlosnih valova s ​​određenim smjerovima
oscilacije električnog vektora – promatrane na
refleksija i lom svjetlosti na granici prozirnog
izotropni dielektrici.

Refleksija i lom svjetlosti na sučelju

Ako je kut upada prirodnog svjetla na sučelje,
na primjer, zrak i staklo, različito je od nule, zatim reflektirano
a lomljene zrake su djelomično polarizirane.
U reflektiranoj zraki prevladavaju vibracije,
okomito na ravninu upada (na slici su
označeno točkama), u lomljenom snopu - vibracije,
paralelno s ravninom upada
(na slici ove oscilacije
prikazano strelicama).
Stupanj polarizacije
ovisi o kutu upada.

Brewsterov zakon

Pod kutom upada prirodnog svjetla na granicu
prozirni izotropni dielektrici, jednaki kut
Brewster iB definiran relacijom
reflektirana zraka je potpuno polarizirana (sadrži samo
vibracije okomite na ravninu upada),
lomljena zraka je maksimalno polarizirana, ali ne
potpuno.

Upad prirodnog svjetla pod Brewsterovim kutom

Kada prirodno svjetlo pada pod Brewsterovim kutom iB
reflektirane i lomljene zrake međusobno
su okomiti.

POLARIZACIJA NA BIBRFRONTU

Dvolomnost - sposobnost anizotropnosti
tvari za razdvajanje upadnog snopa svjetla u dva snopa,
šireći se u različitim smjerovima s različitim
fazna brzina i polarizirani u međusobno

Jednoosni i dvoosni kristali

Anizotropija tvari - ovisnost fizikalnih svojstava
tvari iz pravca.
Optička os kristala je pravac u optičkom
anizotropni kristal, koji se širi
snop svjetlosti bez dvostrukog loma.
Jednoosni i dvoosni kristali – kristali s jednom
ili dva pravca duž kojih nema
dvostruki lom.
Glavna ravnina jednoosnog kristala je ravnina,
prolazeći kroz smjer svjetlosnog snopa i optički
kristalna os.

Dvolom u islandskom šparu (jednoosni kristal)

Kad uski snop svjetlosti padne na dovoljno debeo
kristal izlazi iz njega dva prostorno odvojena
zrake međusobno paralelne – obične (o) i
izvanredno (e).

Dvolom u jednoosnom kristalu pri normalnom upadu svjetlosti

Ako primarna zraka normalno pada na kristal, tada
ionako se lomljena zraka dijeli na dva: jedan od
njima je nastavak primarnog – običnog
zraka (o), a druga je otklonjena - izvanredna zraka (e). obje su e-zrake međusobno potpuno polarizirane
okomiti pravci.

Na rubu kristala izrezanog u obliku ploče,
normalno upadno ravno polarizirano svjetlo.
Izvanredna zraka (e) u kristalu se odbija i izlazi
od nje paralelno s običnom zrakom (o). Obje grede uključene
zaslon E daje svjetlosne krugove o i e (vidi sliku a).
Ako se kristal rotira oko osi koja se podudara s
smjeru o-zraka, onda će o-krug na ekranu ostati
nepomičan, a e-krug se kreće oko njega
krug.

Obične i izvanredne zrake s dvostrukim lomom

Svjetlina oba kruga se mijenja. Ako o-beam dosegne
maksimalnu svjetlinu, tada e-zraka "nestaje", i obrnuto.
Zbroj svjetlina oba snopa ostaje konstantan. Pa ako
e- i o-zrake se preklapaju (vidi sliku b), zatim tijekom rotacije
kristala, svjetlina svakog od krugova se mijenja, a područje
preklapaju cijelo vrijeme jednako svijetle.

Sferna valna površina

Oscilacije vektora E u bilo kojem smjeru
obični snop je okomit na optičku os
kristal (smjer mu je dat isprekidanom linijom), pa se zraka u kristalu širi u svim smjerovima s
iste brzine v0 = c/n0.
Pretpostavimo da je u točki S kristala točkasti izvor
svjetlost emitira svjetlosni val, o Zraka u kristalu
širi se brzinom v0 = const, pa val
površina obične zrake je kugla.

Elipsoidna valna površina

Za e-zraku, kut između smjera titranja vektora E i
optička os različita je od izravne i ovisi o
smjeru snopa, pa se e-zraka širi u
kristala u različitim smjerovima različitim brzinama
ve = c/ne. Ako u točki S točkasti izvor emitira
svjetlosni val, tada se e-zraka u kristalu širi sa
brzina ve const, a time i valna površina
izvanredna zraka – elipsoid. Uzduž optičke osi
v0 = ve; najveća razlika u brzinama - u
smjer,
okomito
optička os.

pozitivni kristal

negativni kristal

Ravni val pada normalno na plohu koja se lomi
pozitivni jednoosni kristal (optička os OO "
tvori s njim kut).
Sa središtima u točkama A i B konstruiramo sferni val
površine koje odgovaraju običnoj zraci, i
elipsoidna - izvanredna zraka.
U točki koja leži na 00, ove su površine u kontaktu.

Smjer o- i e-zraka u kristalu prema Huygensovom principu

Prema Huygensovom principu, površina tangenta na
sfere, bit će front (a-a) običnog vala, i
površina tangenta na elipsoide - fronta (b-b)
izvanredni val.
Crtanjem ravnih linija do dodirnih točaka dobivamo upute
raspodjela običnih (o) i izvanrednih (e)
zrake. Kao što slijedi sa slike, o-greda će ići uzduž
izvornom smjeru, a e-zraka odstupa od
originalni smjer.

POLARIZATORI

Uređaji za akviziciju, detekciju i analizu
polarizirano svjetlo, kao i za istraživanje i
mjerenja temeljena na fenomenu polarizacije. Ih
tipični predstavnici su polarizirajući
prizme i polaroida.
Polarizacijske prizme se dijele u dvije klase:
dajući jedan ravninski polarizirani snop zraka -
jednozračne polarizacijske prizme;
dajući dva snopa zraka međusobno polarizirana
okomite ravnine, - dvozračne
polarizirajuće prizme.

Dvostruka islandska prizma zalijepljena po dužini
AB linije s kanadskim balzamom s n = 1,55.
Optička os OO" prizme je s ulaznom plohom
kut 48°. Na prednjoj strani prizme je prirodna greda,
paralelno s rubom CB, račva se u dvije zrake:
obični (n0 = 1,66) i izvanredni (ne = 1,51).

Polarizacijska prizma s jednom zrakom (Nicol prizma ili nicol)

Uz odgovarajući odabir upadnog kuta, jednakog ili
veći od granice, o-zraka doživljava potpunu refleksiju i
zatim apsorbira pocrnjela CB površina. e-zraka
ostavlja kristal paralelan s upadnom zrakom,
blago pomaknut u odnosu na njega (zbog
lom na plohama AC i BD).

Dvosmjerna polarizacijska prizma (islandska prizma i staklena prizma)

Razlika u indeksima loma o- i zračenja koristi se da ih što više odvoji jedna od druge.
Obična zraka se lomi dva puta i to jako
se odbija. Izvanredna zraka s odgovarajućim
izbor indeksa loma stakla n (n = ne) prolazi
prizma bez otklona.

kristali turmalina

Polarizatori čije se djelovanje temelji na fenomenu
dikroizam – selektivna apsorpcija svjetlosti u
ovisno o smjeru titranja električnog
svjetlosni valni vektor.

Polaroidi

Filmovi na kojima su npr. taloženi kristali
herapatitisa – dvolomna tvar s jakim
izražen dikroizam u vidljivoj regiji. primijeniti
za proizvodnju ravno polarizirane svjetlosti.
Dakle, s debljinom od 0,1 mm, takav film je potpuno
apsorbira obične zrake vidljivog područja spektra,
kao dobar polarizator u tankom sloju
(analizator).

Snop prirodnog svjetla prolazi kroz polarizator
P i postaje ravno polariziran na izlazu, normalno
pada na kristalnu ploču debljine d,
izrezan iz jednoosnog negativnog kristala
paralelno sa svojom optičkom osi OO". Unutar ploče, it
dijele se na obične (o) i izvanredne (e)
zrake koje se šire
u jednom smjeru
(okomito
optička os),
ali s različitim
brzine.

Dobivanje eliptično polarizirane svjetlosti

Oscilacije vektora E u e-zraku događaju se duž optičke
osi kristala, a u o-zraku - okomito na optič
sjekire.
Neka je električni vektor E izlaza iz polarizatora
ravni polarizirani snop je s optičkom osi
OO" kristalni kut a.
Vrijednosti amplitude električnih vektora u
obične (Eo1) i izvanredne (Ee1) zrake:

Dobivanje eliptično polarizirane svjetlosti

Optička razlika putanje o- i e-zraka koje su prošle kroz kristal
debljina ploče d.
Fazna razlika između oscilacija o- i e-zraka na izlazu iz ploče.
Vrijednosti amplitude električnih vektora Ee i Eo u e- i o-zrakama,
prošao kroz kristalnu ploču.
Putanja rezultirajuće vibracije kada se međusobno zbroje
okomite oscilacije s različitim amplitudama i faznom razlikom
(t je isključen iz prethodne dvije jednadžbe)

Prolaz ravno polarizirane svjetlosti kroz ploču

ANALIZA POLARIZIRANE SVJETLOSTI

Ravno polarizirano svjetlo
Prilikom rotacije analizatora (A) oko smjera snopa
mijenja se intenzitet svjetla, a ako se na neki
položaj A, svjetlo je potpuno ugašeno, zatim svjetlo -
plane polarized.

analizator, intenzitet propuštene svjetlosti nije
promjene.

Cirkularno polarizirana svjetlost
U cirkularno polariziranoj svjetlosti, fazna razlika φ između
bilo koje dvije međusobno okomite oscilacije jednake su
±/2. Ako se na putu ove svjetlosti postavi pločica "/4" tada
uvest će dodatnu faznu razliku od ±/2. Rezultat
fazna razlika će biti 0 ili.
Zatim se na izlazu iz ploče svjetlost ravno polarizira i
može se ugasiti okretanjem analizatora.
Ako je upadno svjetlo prirodno, tada tijekom rotacije
analizator na bilo kojoj poziciji ploče "/4"
intenzitet se ne mijenja. Ako se ne postigne potpuno izumiranje, tada
upadno svjetlo - mješavina prirodnog i kružnog
polarizirani.

Eliptično polarizirana svjetlost
Ako na putu eliptično polarizirane svjetlosti postavimo
ploča "/4", čija je optička os usmjerena
paralelno s jednom od osi elipse, tada će uvesti
dodatna fazna razlika ± /2. Rezultat
fazna razlika će biti 0 ili. Zatim na izlazu iz ploče
svjetlost je ravno polarizirana i može se ugasiti
okretanjem analizatora.
Ako je upadna svjetlost djelomično polarizirana, tada na
rotacija analizatora na bilo kojem položaju ploče
intenzitet varira od
minimum do maksimuma
ali se ne postiže potpuno izumiranje.

INTERFERENCIJA POLARIZIRANE SVJETLOSTI

Eksperimentalno je dokazano da koherentne zrake,
polariziran u dva međusobno okomita
avioni se ne miješaju. Smetnje
opaža se samo kada fluktuacije u
međusobno djelujuće zrake se prave duž jedne
pravcima. Tako obično i neobično
zrake koje izlaze iz kristalne ploče, iako
su koherentni i među njima postoji razlika
fazama, ovisno o udaljenosti koju prijeđu
ploča, ne mogu se miješati, jer oni
polarizirani u međusobno okomitim ravninama.
Za promatranje interferencije polariziranih
zraka, potrebno je odabrati komponente iz obje zrake sa
isti smjer vibracije.

Odabir komponenti s istim smjerom vibracija

Kristalna ploča izrezana iz jednoosne
postavlja se kristal paralelno s optičkom osi OO".
između polarizatora P i analizatora A. Paralelno
snop svjetlosti na izlazu iz R prelazi u
plane polarized.
U kristalnoj ploči se šire o- i e-zrake
smjeru pada, ali različitim brzinama.
Analizator A prenosi oscilacije polarizirane u
ista ravnina: električni vektori izlaze iz
analizator A o- i e-zrake osciliraju duž
u istom smjeru, tj. moguća je interferencija.

UMJETNA OPTIČKA ANIZOTROPIJA

Poruka optičke anizotropije je prirodna
izotropne tvari, ako su podvrgnute
postavljaju se mehanička opterećenja
električno ili magnetsko polje.
Kao rezultat toga, tvar dobiva svojstva jednoosne
kristal, čija se optička os podudara
prema smjeru deformacije,
električna ili magnetska polja.

Dobivanje optički anizotropnih tvari

Kerrov učinak

Optička anizotropija prozirnih tvari pod
izloženost jednoličnom električnom polju.
Mehanizam Kerrovog efekta
Zbog različite polarizabilnosti molekula
dielektrika u različitim smjerovima. Električni
polje usmjerava polarne molekule duž polja i
inducira električni moment u nepolarnim molekulama.]
Prema tome, indeksi loma (dakle, i
brzina širenja u materiji valova,
polariziran uzduž i okomito] na vektor
jakost električnog polja) postati
različiti k, dolazi do dvoloma.

Kerrova ćelija

Kiveta s pločama koje sadrže tekućinu
kondenzator, smješten između ukrštenih
polarizator i analizator.
U nedostatku električnog polja, svjetlost kroz sustav ga nema
prolazi. Kada se primijeni, okolina postaje
anizotropna, a svjetlost koja izlazi iz ćelije je eliptična
polariziran i djelomično prolazi kroz analizator.

Fazna razlika φ koja nastaje između obične i izvanredne zrake

Mjereno postavljanjem ispred analizatora
kompenzator (uređaj s kojim se razlika
putovanje između dva snopa se smanjuje na nulu).

Rotacija ravnine polarizacije (ili optičke aktivnosti)

Sposobnost pojedinih tvari (kvarc, šećer, voda
otopina šećera, terpentin itd.) u nedostatku vanjskih
utječe na rotaciju ravnine polarizacije (ravnina,
prolazeći kroz električni vektor E i svjetlosni snop).
Tvari koje rotiraju ravninu polarizacije nazivaju se
optički aktivan.

Promatranje rotacije ravnine polarizacije

Ravno polarizirana svjetlost koja izlazi iz polarizatora
prolazi kroz otopinu šećera.
Ukršteni polarizator i analizator iza kivete sa
otopina ne gasi u potpunosti svjetlo. Ako se A obrati na
kut φ, tada dolazi do potpunog gašenja svjetlosti. Posljedično,
svjetlo nakon prolaska kroz sustav ostaje
ravnina polarizirana, ali rješenje rotira ravninu
polarizacija svjetlosti za kut φ.

Kut zakreta ravnine polarizacije

Optički aktivni kristali i čiste tekućine
Optički aktivna rješenja
Optička aktivnost je posljedica i strukture molekula
tvari (njihova asimetrija) i značajke
raspored čestica u kristalnoj rešetki.

Desno i lijevo optički aktivne tvari

dekstrorotatorne tvari

prema gredi, okreće se udesno (u smjeru kazaljke na satu).
Lijevokretne tvari
Tvari čija ravnina polarizacije, kada se gleda
prema gredi, okreće se ulijevo (u smjeru suprotnom od kazaljke na satu
strelice).

Smetnje svjetla- fenomen preraspodjele svjetlosnog toka u prostoru kada se dva (ili više) koherentna svjetlosna vala superponiraju, zbog čega se na nekim mjestima pojavljuju maksimumi, a na drugim minimumi intenziteta.

koherentan nazivamo valovima, čija se fazna razlika ne mijenja ni u prostoru ni u vremenu. Uvjet za najveći intenzitet za faznu razliku ; minimalni uvjet

.

Za dobivanje koherentnih svjetlosnih valova koriste se metode razdvajanja vala koji emitira jedan izvor na dva ili više dijelova koji se nakon prolaska kroz različite optičke staze međusobno superponiraju.

Neka se razdvajanje na dva koherentna vala dogodi u određenoj točki O. Prije točke M, u kojoj se promatra interferencijski uzorak, jedan val u mediju s indeksom loma n 1 prešao put S 1 , drugi - u mediju s indeksom loma n 2 – put S 2 . Fazna razlika titraja pobuđenih valovima u točki M jednaka je

.

Umnožak geometrijske duljine S staze svjetlosnog vala u određenom sredstvu s eksponentom n lom ove sredine naziva se optička duljina puta L, a  = (L 2 – L 1 ) - razlika optičkih duljina putova koje prolaze valovi - naziva se optička razlika puta. Uzimamo u obzir da je /c=2v/c=2/ 0 , gdje je  0 valna duljina u vakuumu.

Uvjet maksimalne smetnje: razlika optičkog puta jednaka je cijelom broju valova i oscilacije pobuđene u točki M s oba vala dogodit će se u istoj fazi  = ± m , gdje ( m = 0, 1, 2,...).

Uvjet minimalne smetnje: razlika optičkog puta jednaka je polucijelom broju valova i oscilacije pobuđene valovima u točki M događat će se u protufazi
, gdje ( m = 0, 1, 2,...).

Položaj maksimuma osvjetljenja pri promatranju interferencije iz Youngovih proreza x max = ±t (l/ d)  , gdje m je red maksimuma, d- udaljenost između utora, l – udaljenost od ekrana; niske razine x min = ± (m+1/2)(l/ d)  .

Udaljenost između dva susjedna minimuma, koja se naziva širina interferencijske pruge, je  x = (l/ d)  .

I smetnjeu tankomfilmova:

razlika optičkog puta

,

G
de n je relativni indeks loma filma, φ je upadni kut svjetlosti. Izraz ±/2 nastao je zbog gubitka poluvala kada se svjetlost reflektira od sučelja. Ako n> n 0 (n 0 je indeks loma medija u kojem se film nalazi), tada će doći do gubitka poluvala pri refleksiji od gornje površine filma, a gornji član će imati predznak minus, ako n< n 0 , tada će doći do gubitka poluvala na donjoj površini filma, a /2 će imati predznak plus.

Radijusi tamnih prstenova u reflektiranoj i svijetlih Newtonovih prstenova u propuštenoj svjetlosti
, gdje je m = 1, 2,.. broj prstena, R je radijus zakrivljenosti leće.

Difrakcija valova: svjetlosni val se savija oko granica neprozirnih tijela uz stvaranje interferencijske preraspodjele energije u različitim smjerovima.

P
Huygens-Fresnel princip: svaka točka valne fronte je izvor valova koji se šire karakterističnom brzinom za dani medij. Omotnica ovih valova daje položaj fronte vala u sljedećem trenutku vremena. Sve točke valne fronte osciliraju istom frekvencijom i u istoj fazi te stoga predstavljaju skup koherentnih izvora. Uzimanje u obzir amplituda i faza sekundarnih valova omogućuje pronalaženje amplitude rezultirajućeg vala u bilo kojoj točki prostora.

Fresnel difrakcija(od fronte sfernog vala).

Radijusi Fresnelove zone:
, gdje a je udaljenost od izvora do ekrana, b je udaljenost od zaslona s rupom do zaslona za promatranje difrakcije, m = 1,2,3...

Ako parni broj Fresnelovih zona prolazi kroz rupu, tada se u središtu difrakcijskog uzorka uočava tamna mrlja, ako je neparan broj, onda svijetla.

Fraunhoferova difrakcija(s fronte ravnog vala).

Uvjet za promatranje difrakcijskih minimuma s jednog proreza
(t = 1, 2, 3…).

Difrakcijska rešetka je sustav periodički ponavljajućih nehomogenosti.

Period rešetked je udaljenost između osi dvaju susjednih utora.

Stanje glavnih difrakcijskih maksimuma s difrakcijske rešetke
, (t= 1, 2, 3…).

Kutna disperzija rešetke
jednako je

Razlučivost difrakcijske rešetke određuje interval δλ, u kojem se dvije blisko razmaknute valne duljine spektra λ 1 i λ 2 percipiraju kao zasebne linije:
, gdje N je ukupan broj proreza rešetke u koje svjetlost ulazi tijekom difrakcije.

Polarizirana svjetlost naziva se svjetlošću u kojoj su smjerovi oscilacija svjetlosnog vektora nekako poredani. Ravnina koja prolazi kroz smjer titranja svjetlosnog vektora E ravninski polarizirani val i smjer širenja tog vala naziva se ravnina titranja, a ravnina titranja vektora H naziva se ravnina polarizacije. Ravno polarizirana svjetlost je granični slučaj eliptično polarizirane svjetlosti—svjetlosti za koju vektor E (vektor H ) mijenja se s vremenom tako da njegov kraj opisuje elipsu koja leži u ravnini okomitoj na gredu. Ako se polarizacijska elipsa degenerira u ravnu liniju (kada je fazna razlika  jednaka nuli ili ), tada imamo posla s gore razmatranom ravno polariziranom svjetlošću, ako u krug (kada je =±/2 i amplitude kombiniranih valova jednake), tada imamo posla s polariziranim po cijelom svijetu.

Stupanj polarizacije je količina
,gdje ja max i ja min - maksimalni i minimalni intenzitet svjetla koji odgovara dvjema međusobno okomitim komponentama vektora E. Za prirodno svjetlo ja max= ja min i R= 0, za ravninu polariziranu ja min = 0 i R = 1.

ZakonMalus: ja = ja 0 cos 2 , gdje je ja 0 je intenzitet polarizirane svjetlosti koja pada na analizator; α je kut između ravnina prijenosa polarizatora i analizatora, ja je intenzitet polarizirane svjetlosti koja izlazi iz analizatora.

Kada svjetlost pada na površinu dielektrika pod kutom koji zadovoljava odnos tgi B = n 21 , gdje je n 21 indeks loma drugog medija u odnosu na prvi, reflektirana zraka je ravninski polarizirana (sadrži samo vibracije okomite na ravninu učestalost). Refraktirana zraka pod upadnim kutom i B (Brewsterov kut) je maksimalno polarizirana, ali ne potpuno.

Brewsterov zakon: i B + β = π/2 , gdje je β kut loma.

VALNA OPTIKA, grana fizičke optike koja proučava pojave povezane s valnom prirodom svjetlosti. Valnu prirodu prostiranja svjetlosti utvrdio je H. Huygens u drugoj polovici 17. stoljeća. Valna optika dobila je značajan razvoj u studijama T. Younga, O. Fresnela, D. Araga, kada su provedeni eksperimenti koji su omogućili ne samo promatranje, već i objašnjenje interferencije, difrakcije i polarizacije svjetlosti, koja geometrijski optika nije mogla objasniti. Valna optika razmatra širenje svjetlosnih valova u različitim medijima, refleksiju i lom svjetlosti na granicama medija (vidi Fresnelove formule), disperziju i raspršenje svjetlosti u tvari itd. Svjetlosni valovi, koji su oscilacije elektromagnetskog polja, opisan općim jednadžbama klasične elektrodinamike (vidi Maxwellove jednadžbe). Ove jednadžbe su dopunjene jednadžbama kvantne mehanike, koje povezuju vrijednosti dielektrične i magnetske propusnosti s molekularnom strukturom i svojstvima materije. Ovaj pristup omogućuje proučavanje valnih optičkih pojava u različitim medijima (vidi Kristalna optika, Magnetooptika, Molekularna optika). Značajke širenja svjetlosnih valova u pokretnim medijima (vidi Elektrodinamika pokretnih medija), kao iu jakim gravitacijskim poljima, objašnjene su u specijalnoj i općoj teoriji relativnosti. Valna optika, koristeći se klasičnim opisom svjetlosnog polja, nije u stanju dati dosljedno objašnjenje procesa emisije i apsorpcije svjetlosti, što zahtijeva uvođenje ideja o svjetlosnim kvantima - fotonima (vidi Kvantna optika, Korpuskularno-valni dualizam ). Niz problema u valnoj optici također se rješava jednostavnijim opisom svjetlosnog polja pomoću valne jednadžbe.

Valna optika postavlja granice primjenjivosti geometrijske optike, daje matematičko opravdanje za odnose koji se u njoj koriste (eikonal jednadžba, Fermatov princip itd.). U srednjem području, kada je valna duljina svjetlosti puno manja od geometrijskih dimenzija optičkog sustava, ali su istovremeno difrakcijska izobličenja zraka značajna, koriste se metode kvazioptike.

Valne pojave u nelinearnim medijima razmatraju se u nelinearnoj optici. Širenje svjetlosnih valova u nasumično nehomogenim medijima, uključujući i atmosferu, proučava se metodama statističke optike. Moderna valna optika proučava nastanak koherentnih svjetlosnih zraka u optičkim rezonatorima lasera i transformaciju zraka metodama holografije, Fourierove optike i adaptivne optike. Područja koja se brzo razvijaju također su proučavanja nelinearnih optičkih fenomena u optičkim vlaknima (vidi Svjetlovodna optička vlakna) i u planarnim (filmskim) optičkim sustavima (vidi Integrirana optika).

Lit. vidi kod sv. Optika.