Bølgeoptikkteori. bølgeoptikk

Optikk er en gren av fysikk som studerer lysets utbredelse og dets interaksjon med materie. Lys er elektromagnetisk stråling og har en dobbel natur. I noen fenomener oppfører lys seg som en elektromagnetisk bølge, i andre oppfører det seg som en strøm av spesielle partikler av fotoner eller lyskvanter. Bølgeoptikk omhandler lysets bølgeegenskaper, kvante - kvante.

Lys er fotonfluksen. Fra bølgeoptikks synspunkt er en lysbølge en prosess med oscillasjon av elektriske og magnetiske felt som forplanter seg i rommet.

Optikk omhandler lysbølger, hovedsakelig infrarøde, synlige, ultrafiolette områder. Som en elektromagnetisk bølge har lys følgende egenskaper (de følger av Maxwells ligning):

Vektorene til det elektriske feltet E, magnetfeltet H og bølgeutbredelseshastigheten V er gjensidig vinkelrett og danner et høyrehendt system.

Vektorene E og H oscillerer i samme fase.

Følgende betingelse er oppfylt for bølgen:

Lysbølgeligningen har , hvor er bølgenummeret, er radiusvektoren og er startfasen.

I samspillet mellom en lysbølge med et stoff spiller den elektriske komponenten av bølgen størst rolle (den magnetiske komponenten har en svakere effekt utenfor magnetiske medier), derfor kalles E. lys vektor og dens amplitude angir A.

Ligning (1) er en løsning på bølgeligningen, som har formen:

(2), hvor er Laplacian; V er fasehastigheten V=c/n(3).

For ikke-magnetiske medier =1 =>. Fra (3) kan man se at n=c/v. I henhold til typen bølgeoverflate skilles flat, sfærisk, elliptisk osv. ut. bølger.

For en plan bølge er amplituden til lysvektoren i ligning (1) konstant. For en sfærisk avtar den med avstanden fra kilden i henhold til loven.

Energioverføringen til en lysbølge er preget av Pointig-vektoren.

Den representerer tettheten til energifluksen og er rettet i hastighet - i retning av overføringen. Vektoren S endrer seg veldig raskt med tiden, så enhver strålingsmottaker, inkludert øyet, i løpet av en observasjonstid som er mye lengre enn bølgeperioden, registrerer den tidsgjennomsnittlige verdien av Pointig-vektoren, som kalles lysbølgeintensitet., Hvor. Med tanke på (1) og det faktum at Hono har samme form, kan vi skrive at (4)

Hvis vi gjennomsnitt ligning (4) over tid, vil det andre leddet forsvinne (5). Av (5) følger det at I-(6).

IntensitetJeg- dette er mengden energi som overføres per tidsenhet av en lysbølge gjennom en enhetsenhet. Linjen som bølgeenergien forplanter seg langs kalles stråle. Et annet kjennetegn ved en lysbølge er dens polarisering. Den virkelige kilden består av et stort antall atomer som sender ut, blir eksitert, i løpet av t=10 -8 s, mens de sender ut et bølgefragment λ=3m.

Disse bølgene har forskjellige retninger av vektoren E i rommet; derfor forekommer forskjellige retninger av vektoren E i den resulterende strålingen i løpet av observasjonstiden, dvs. retning E for en reell kilde endres tilfeldig over tid, og lyset fra en slik kilde kalles naturlig (ikke-polarisert). Hvis retningen av oscillasjonen til vektoren E er bestilt, er slikt lys polarisert. Skille lysplan polarisert, polarisert i en sirkel og ellipse.

BØLGEOPTIKK

BØLGEOPTIKK

Fysisk seksjon optikk, som studerer helheten av fenomener der bølger oppstår. verdens natur. Ideer om bølger. Naturen til forplantningen av lys går tilbake til det grunnleggende arbeidet til Goll. vitenskapsmann 2. etasje. 17. århundre X. Huygens. skapninger. V.s utvikling ca. mottatt i studiene til T. Jung (Storbritannia), O. Fresnel, D. Arago (Frankrike) og andre, da det ble utført grunnleggende eksperimenter som gjorde det mulig ikke bare å observere, men også å forklare fenomenene lysinterferens , lysdiffraksjon, mål lengden, etablere de tverrgående lysvibrasjonene og avsløre andre trekk ved forplantningen av lysbølger. Men å matche de tverrgående lysbølgene med DOS. V. sin idé om. om forplantning av elastiske oscillasjoner i et isotropisk medium, var det nødvendig å gi dette mediet (verden) en rekke krav som er vanskelige å forene med hverandre. Ch. noen av disse vanskelighetene ble løst i kon. 1800-tallet Engelsk fysiker J. Maxwell i analysen av ur-sjoner kobler raskt skiftende elektrisk. og magn. Enger. I verkene til Maxwell, en ny V. o., el.-magn. teori om lys, ved hjelp av hvilken det viste seg å være en veldig enkel forklaring på en rekke fenomener, for eksempel. polarisering av lys og mengder. relasjoner under overgangen av lys fra ett gjennomsiktig dielektrikum til et annet (se FRESNEL-FORMEL). Bruken av el.-mag. teorier i ulike V.s oppgaver vedr. viste samsvar med forsøket. Så for eksempel ble fenomenet lett trykk forutsagt, hvis eksistens ble bevist av PN Lebedev (1899). Tillegg el.-mag. teori om lysmodellrepresentasjoner av den elektroniske teorien (se LORENTZ - MAXWELL EQUATIONS) gjorde det mulig å enkelt forklare brytningsindeksens avhengighet av bølgelengden (spredning av lys) og andre effekter.

Ytterligere utvidelse av grensene til V. o. skjedde som et resultat av å bruke ideene til spesielle. relativitetsteori (se RELATIVITETSTEORI), eksperiment. underbyggelse av et kutt var assosiert med tynn optisk. eksperimenter, i to-ryh DOS. rollen som spilles gjelder. kilde og mottaker av lys (se MICHAELSONS ERFARING). Utviklingen av disse ideene gjorde det mulig å utelukke verdenseteren ikke bare som et medium der e-mags forplanter seg. bølger, men også som en abstrakt referanseramme.

En analyse av eksperimentelle data om termisk likevektsstråling og den fotoelektriske effekten viste imidlertid at V. o. har en definisjon. søknadsgrenser. Fordelingen av energi i spekteret av termisk stråling ble forklart av ham. fysiker M. Planck (1900), som kom til den konklusjon at elementæren svinger. systemet utstråler og absorberer energi ikke kontinuerlig, men i porsjoner - kvanter. Utviklingen av kvanteteori av A. Einstein førte til opprettelsen av fotonfysikk - en ny korpuskulær optikk, kanter, som komplementerer el.-mag. teorien om lys, samsvarer fullt ut med de allment aksepterte ideene om lysets dualisme.

Physical Encyclopedic Dictionary. - M.: Sovjetisk leksikon. Sjefredaktør A. M. Prokhorov. 1983 .

Se hva "WAVE OPTICS" er i andre ordbøker:

Bølgeoptikk er en gren av optikk som beskriver forplantningen av lys i form av dets bølgenatur. Bølgeoptikks fenomener er interferens, diffraksjon, polarisering, etc. Se også Bølgeoptikk i naturen Lenker ... Wikipedia

En gren av fysisk optikk som studerer helheten av slike fenomener som lysdiffraksjon, lysinterferens, lyspolarisering, der lysets bølgenatur manifesteres ... Stor encyklopedisk ordbok

bølgeoptikk- - [L.G. Sumenko. Engelsk russisk ordbok for informasjonsteknologi. M .: GP TsNIIS, 2003.] Emner informasjonsteknologi generelt EN fysisk optikk ... Teknisk oversetterhåndbok

En gren av fysisk optikk som studerer et sett med fenomener der lysets bølgenatur manifesteres, for eksempel lysdiffraksjon, lysinterferens, lyspolarisering. * * * BØLGEOPTIKK BØLGEOPTIKK, en del av fysisk optikk som studerer ... ... encyklopedisk ordbok

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

Fysisk seksjon optikk, som studerer helheten av fenomener der lysets bølgenatur manifesteres, for eksempel lysdiffraksjon, interferens av lys, polarisering av lys ... Naturvitenskap. encyklopedisk ordbok

Stilen til denne artikkelen er ikke encyklopedisk eller bryter med normene for det russiske språket. Artikkelen bør korrigeres i henhold til Wikipedias stilistiske regler. Innhold ... Wikipedia

Kvantemekanikk ... Wikipedia

Tabell "Optikk" fra leksikonet fra 1728 O ... Wikipedia

Bølgeoptikk- en gren av fysisk optikk som studerer helheten av fenomener der lysets bølgenatur manifesteres. De første verkene til X. Huygens (1629 1695) 2. halvdel. 17. århundre Bølgeoptikk fikk betydelig utvikling i studiene til T. Young (1773 1829), O. ... ... Konsepter om moderne naturvitenskap. Ordliste med grunnleggende termer

Bøker

• Bølgeoptikk Femte stereotypisk utgave, Kaliteevsky N. I læreboken til N. I. Kaliteevsky "Bølgeoptikk" vurderes grunnlaget for den elektromagnetiske teorien om lys. Behørig oppmerksomhet rettes mot eksperimentet. Presentasjon av egenskapene til elektromagnetiske bølger ...

Bølgeoptikk - gren av optikk som studerer helheten
fenomener der lysets bølgenatur manifesteres.
Huygens prinsipp - hvert punkt nås av
bølge fungerer som sentrum for sekundære bølger, og omhyllingen av disse
bølger gir posisjonen til bølgefronten i den neste
tidspunkt (bølgefront - geometrisk sted
punkter som oscillasjonene når med tiden t).
Dette prinsippet er grunnlaget for bølgeoptikk.

Lov om refleksjon

En plan bølge inntreffer på grensesnittet mellom to medier
(bølgefront - plan AB), forplanter seg
langs retning I.
Når bølgefronten når den reflekterende overflaten
ved punkt A vil dette punktet begynne å utstråle en sekundærbølge.
For at bølgen skal reise distansen BC, kreves det
tid t = BC/v.

Lov om refleksjon

I løpet av samme tid vil fronten av sekundærbølgen nå punktene
halvkule, hvis radius AD er lik v t = BC.
Posisjonen til den reflekterte bølgefronten i dette øyeblikket

plan DC, og forplantningsretningen til dette
bølger - stråle II. Fra likheten av trekanter ABC og ADC
refleksjonsloven følger: refleksjonsvinkelen i1/ er lik vinkelen
fallende i1

brytningsloven

Planbølge (bølgefront - plan AB),
forplanter seg i vakuum langs retning I
lyshastigheten c, faller på grensesnittet med mediet, i
hvor hastigheten på forplantningen er lik v.
Hvis tiden det tar av bølgen å reise stien
BC er lik t, da er BC = c t. I løpet av samme tid, bølgefronten
begeistret av punkt A i mediet med hastighet v, vil nå
punkter på halvkulen, hvis radius er AD = v t.

brytningsloven

I løpet av samme tid ble bølgefronten begeistret av punkt A i mediet
med hastighet v, vil nå punktene på halvkulen, hvis radius er AD =
vt. Posisjonen til den brutte bølgefronten i dette øyeblikket
tid i henhold til Huygens-prinsippet er gitt
plan DC, og retningen på dets utbredelse - stråle III.
Det følger av figuren at

sammenheng

Korrelasjon kalles koherens.
(konsistens) av flere vibrasjons- eller bølger
prosesser i tid, som viser seg når de legges til.
Oscillasjoner er koherente hvis faseforskjellen deres er konstant under
tid og ved å legge til oscillasjoner oppnås en oscillasjon
samme frekvens.
Det klassiske eksemplet på to sammenhengende svingninger er
to sinusformede oscillasjoner med samme frekvens.
Bølgesammenheng betyr det
på ulike romlige punkter
oscillasjonsbølger oppstår
synkron, dvs. faseforskjell
mellom to punkter avhenger ikke
fra tid.

FORSTYRRELSE AV MONOKROMATISK LYS

Lysinterferens er et spesielt tilfelle av et generelt fenomen
bølgeinterferens, som består i det romlige
omfordeling av energi av lysstråling kl
superposisjoner av koherente elektromagnetiske bølger.

Stablebare monokromatiske lysbølger
(vektorer av elektriske feltstyrker til bølger E1 og
E2) ved observasjonspunktet svinger de langs en
rett.
Amplituden til den resulterende oscillasjonen i
punktet under vurdering.

Intensiteten til den resulterende bølgen
Intensitet ved in-fase
oscillasjoner (fase f1 og f2 er like eller forskjellige
for et partall)
Intensitet ved antifase
oscillasjoner (fase f1 og f2 er forskjellige med et oddetall)

Optisk veilengde mellom to punkter på mediet -
avstand over hvilket lys (optisk stråling)
ville spre seg i et vakuum under sin passasje
mellom disse punktene
Optisk baneforskjell - forskjellen mellom den optiske
lengden på banene lyset reiser
Faseforskjell av to koherente lysbølger ()
Sammenheng mellom faseforskjell og optisk veiforskjell
.

Betingelser for interferensmaksima og -minima

FÅ SAMMENHENGENDE BJELKER VED BØLGEFRONT INNDELING

Youngs metode
Rollen som sekundære koherente kilder S1 og S2 spilles av to
smale spalter opplyst av en enkelt liten vinkelkilde
størrelse, og i senere forsøk ble lys ført gjennom
smal spor S, like langt fra
to andre spor. Interferensmønsteret observeres
i området med overlappende lysstråler som kommer fra S1 og S2.

Fresnel speil
Lys fra kilde S faller inn av en divergerende stråle på to
flate speil A1O og A2O, plassert i forhold til hverandre
venn i en vinkel som bare er litt forskjellig fra 180° (vinkel φ
liten).
Kilden og dens bilder S1 og S2 (vinkelavstand mellom
lik 2φ) ligger på samme sirkel med radius r med
sentrert ved O (kontaktpunktet til speilene).
Lysstråler, reflektert fra speil, danner to imaginære
kildebildene S1 og S2, som fungerer som
koherente kilder (oppnådd ved å dele opp de samme
bølgefront,
utgående fra S).
interferensmønster
observert i regionen gjensidig
overlapping av reflekterte stråler
(skjerm E er beskyttet mot direkte
lysinngangsspjeld 3).

Fresnel biprisme
Dannet av to identiske foldede baser
prismer med små brytningsvinkler. lys fra
punktkilde S brytes i begge prismer, i
som et resultat av at lys forplanter seg bak biprismen
stråler, som om de kommer fra imaginære kilder S1 og S2,
å være sammenhengende. I den skraverte figuren
områder - områder med skjæringspunkt mellom brutte fronter -
et interferensmønster observeres.

Lloyds speil
Punktkilden S er veldig nærme
avstand til overflaten av et flatt speil M, så lyset
reflekteres av speilet i en vinkel nær glidevinkelen.
De sammenhengende kildene er primærkilden S og
sitt imaginære bilde S1 i speilet.

Interferensmønster fra to sammenhengende kilder

To smale spor S1 og S2 er plassert nær hverandre og
er sammenhengende kilder - ekte eller
imaginære bilder av kilden i noen optiske
system. Resultatet av interferens er på et tidspunkt A
skjerm parallelt med begge sporene og plassert fra
dem på avstand l(l > > d). Opprinnelsen velges på punktet
Å, symmetrisk med hensyn til sporene.

Optisk veiforskjell (se konstruksjon og l > > d).
Intensitetsmaksima (tar hensyn til tilstanden
maksimal interferens).
Intensitetsminima (tar hensyn til tilstanden
minimum interferens).
Interferenskantbredde (avstand mellom
to tilstøtende maksima (eller minima)).

Fremveksten av interferensmaksima og -minima fra bølgeteoriens synspunkt

OPPÅ SAMMENHENGENDE BJELKER ETTER AMPLITUDEINNDELING

Monokromatisk lys fra en punktkilde S, innfall
på en tynn gjennomsiktig plan-parallell plate (se fig.
figur), reflekteres av to overflater på denne platen:
topp og bunn. Til et hvilket som helst punkt P plassert med det
samme side av platen som S, kommer to bjelker, som
gi et interferensmønster. På posten
det er en deling av amplituden, siden bølgen fronter videre
den er bevart, og endrer bare retningen på dens
bevegelse.

Interferens fra en planparallell plate
Stråle 1 og 2 går fra S til P (punkt P på skjermen,
plassert i linsens brennplan) genereres
av én innfallende stråle og etter refleksjon fra toppen og
de nedre overflatene av platen er parallelle med hverandre.
Hvis den optiske veiforskjellen mellom strålene 1 og 2 er liten
sammenlignet med koherenslengden til hendelsesbølgen, da
de er sammenhengende, og interferensmønsteret
bestemt av den optiske veiforskjellen mellom
forstyrrende stråler.

Optisk baneforskjell mellom forstyrrende
stråler fra punkt O til plan AB

interferensmaksima
i reflektert lys tilsvarer
nedturer i forbifarten, og
omvendt (optisk forskjell
flytte for bestått og
reflektert lys
avviker med 0/2).

Interferens fra en plate med variabel tykkelse
På kilen (vinkel a mellom sideflatene
liten) en plan bølge faller (la dens retning
forplantning sammenfaller med parallelle bjelker 1 og 2).
Ved en viss innbyrdes posisjon av kilen og linsen
stråler 1" og 1" reflektert fra toppen og bunnen
kilens overflater skjærer hverandre på et punkt A,
som er bildet av punkt B. Siden strålene 1 "og 1"
sammenhengende altså
de vil
forstyrre.

Bjelker 2 "og 2", dannet under delingen av bjelke 2,
faller til et annet punkt på kilen, samles opp av en linse på punktet
A". Den optiske veiforskjellen er allerede bestemt av tykkelsen
d". Et system med interferenskanter vises på skjermen.
Hvis kilden er plassert langt fra overflaten av kilen, og
vinkel a er ubetydelig, da er den optiske veiforskjellen mellom
forstyrrende stråler beregnes ganske nøyaktig
i henhold til formelen for en planparallell plate
kan ikke

Newtons ringer
Observert når lys reflekteres fra en luftspalte,
dannet av en plan-parallell plate og
en plankonveks linse i kontakt med den
med stor krumningsradius.
En parallell lysstråle faller inn på en flat overflate
linser er normale; strimler av samme tykkelse ser ut
konsentriske sirkler.

NOEN APPLIKASJONER AV FORSTYRRELSER

Opplysning av optikk
Dette er minimering av refleksjonskoeffisienter
overflater av optiske systemer ved å påføre
transparente filmer, hvis tykkelse er i samsvar med lengden
bølger av optisk stråling.
Filmtykkelse d og brytningsindekser
filmer (n) og glass (nc) velges slik at
forstyrre
bjelker 1" og 2"
slukket hverandre.

INTERFEROMETERE

Optiske instrumenter som kan
romlig dele en lysstråle i to eller flere
antall sammenhengende bjelker og skape mellom dem
en viss reiseforskjell. Å bringe disse buntene sammen
observere forstyrrelser.

Diffraksjon av lys

Diffraksjon av lys - et sett med fenomener observert under
forplantning av lys gjennom små åpninger
grenser for ugjennomsiktige kropper, etc. og på grunn av bølge
verdens natur.
Fenomenet diffraksjon, felles for alle bølgeprosesser,
har funksjoner for lys, nemlig her, som regel,
bølgelengden er mye mindre enn dimensjonene d til barrierene (eller
hull).
Så se på
diffraksjon kan
akkurat nok
store avstander jeg fra
barrierer (I > d2/).

Huygens-Fresnel-prinsippet
Lysbølgen eksitert av kilden S kan være
presentert som et resultat av en superposisjon av sammenhengende
sekundære bølger "utstrålet" av fiktive kilder.

Huygens-Fresnel-prinsippet

Fraunhofer diffraksjon

Fresnel soner

Soneplater

I det enkleste tilfellet, glassplater
hvis overflate påføres i henhold til prinsippet om plassering
Fresnelsoner som veksler gjennomsiktig og ugjennomsiktig
ringer med radier bestemt for gitte verdier
a, b og uttrykk

Hvis vi plasserer sonen
tallerken strengt tatt
bestemt sted (kl
avstand a fra punktet
kilde og i en avstand b fra
observasjonspunkter på linjen,
koble disse to punktene), så
det er for bølgelengdelys
vil blokkere partallssonene og
la fri odd,
starter fra sentrum.
Som et resultat, det resulterende
amplitude A = A1 + A3 + A5 + ...
bør være mer enn
helt åpen bølge
front. Erfaring bekrefter disse
konklusjoner: soneplate
øker belysningen,
opptrer som en samler
linse.

FRESNEL DIFFRAKTION

Fresnel-diffraksjon (diffraksjon i konvergerende stråler)
Viser til tilfellet når en hindring faller
sfærisk eller plan bølge, og diffraksjonsmønsteret
observert på en skjerm bak en hindring på
begrenset avstand fra den.

Diffraksjon ved et sirkulært hull

det er en skjerm med et rundt hull.
Diffraksjonsmønsteret observeres ved punkt B på skjerm E,
liggende på linjen som forbinder S med midten av hullet.
Skjermen er parallell med hullet.

Analyse av resultater. Type diffraksjonsmønster avhenger av
antall Fresnel-soner som passer på den åpne delen av bølgen
overflate i hullets plan. Amplituden til det resulterende
oscillasjoner eksitert ved punkt B av alle soner
(plusstegnet tilsvarer oddetall m, "minus" til partall m).
Hvis hullet åpner et partall av Fresnel-soner, så ved punkt B
det er et minimum, hvis oddetall, så et maksimum. Minst
intensiteten tilsvarer to åpne Fresnel-soner,
maksimum - en Fresnel-sone.

Diffraksjon med en sirkulær skive

På banen til en sfærisk bølge fra en punktkilde S
det er en rund ugjennomsiktig skive. Diffraktiv
bildet er observert ved punkt B av skjerm E, som ligger på linjen
koble S med midten av disken. Skjermen er parallell med disken.

Analyse av resultater. Den delen av bølgen som dekkes av disken
front må utelukkes fra hensyn og Fresnelsonen
bygge fra kantene på disken.
Hvis disken dekker m Fresnel-soner, er amplituden
den resulterende oscillasjonen ved punkt B er lik
dvs. lik halve amplituden på grunn av den første
åpen Fresnel-sone. Derfor, på punkt B alltid
det er et maksimum - et lyspunkt, kalt
Poissons flekk, hvis lysstyrke med økende størrelse
disken er redusert.

FRUNHOFER DIFRAKSJON (PARALLELL BJÆLEDIFRAKSJON)

Refererer til tilfellet hvor lyskilden og punktet
observasjoner er uendelig langt fra hindringen,
forårsaker diffraksjon. Praktisk nok til dette
plasser en punktlyskilde i fokus for innsamlingen
linser, og studere diffraksjonsmønsteret i fokalet
planet til den andre konvergerende linsen installert bak
et hinder.

Fraunhofer-diffraksjon ved en spalte

vinkelrett på sporets plan med bredde a.
Parallelle stråler som kommer ut fra en spalte inn
vilkårlig retning φ (φ - vinkel
diffraksjon) samles opp av en linse ved punkt B.

Bygging av Fresnel-soner

Den åpne delen av bølgeflaten MN i spalteplanet
delt inn i Fresnel-soner, i form av striper,
parallelt med kanten M og tegnet slik at forskjellen
reise fra deres respektive punkter var /2.
Optisk veiforskjell mellom de ekstreme strålene MN og
N.D.
Antall Fresnel-soner som passer innenfor spaltebredden.
Betingelsen for diffraksjonsminimum i punkt B
(antall Fresnel-soner er partall).
Betingelsen for diffraksjonsmaksimum ved punkt B
(antall Fresnel-soner er oddetall).

Diffraksjonsspektrum

Avhengighet av intensitetsfordelingen på skjermen på vinkelen
diffraksjon. Mesteparten av lysenergien er konsentrert i
sentralt maksimum. Med økende diffraksjonsvinkel
intensiteten til sidemaksima reduseres kraftig
(relativ intensitet av maksima
I0:I1:I2: ... = 1: 0,047: 0,017: ...).
Når den er opplyst med hvitt lys, har det sentrale maksimum
utsikt over en hvit stripe (det er vanlig for alle bølgelengder), sideveis
maksimene er regnbuefargede.

Påvirkning av spaltebredden på diffraksjonsmønsteret

Minkende
spaltebredde
sentral
maksimalt utvides
(se figur a), c
breddeøkning
sprekker (a>)
diffraktiv
stripene blir smalere
og lysere (se figur b).

Diffraksjon ved to spalter

Plan monokromatisk lysbølge er innfallende
normal til en skjerm med to identiske slisser (MN og
CD) bredde a, med avstand fra hverandre i en avstand b;
(a + b) = d.

Diffraksjonsmønster på to spalter

mellom de to hovedmaksima er et tillegg
minimum, og maksima blir smalere enn i tilfellet med en
sprekker.

Diffraksjonsgitter

Endimensjonalt diffraksjonsgitter
Et system med parallelle spor (slag) av samme tykkelse,
ligger i samme plan og atskilt med like
bredde med ugjennomsiktige intervaller.
Konstant (periode) av et diffraksjonsgitter
Den totale bredden av sporet a og det ugjennomsiktige gapet b
mellom sprekkene.

Diffraksjonsmønster på et gitter

Resultatet av gjensidig interferens av bølger som kommer fra alle
spor, dvs. flerveisinterferens utføres
koherente diffrakterte lysstråler som kommer fra alle
sprekker.

Jo flere plasser inn
rist, jo mer
lysenergi vil passere gjennom
gitter, jo flere minima
dannet mellom naboledning
maksima, dvs. maksima vil være
mer intens og skarpere.
Den maksimale rekkefølgen av spekteret,
gitt av et diffraksjonsgitter

ROMMELIGE RETTER. RØNTGENDIFFRAKSJON

Romlige formasjoner i hvilke elementer
strukturer er like i form, har geometriske
korrekt og periodisk gjentatt arrangement,
samt dimensjoner som står i forhold til bølgelengden
elektromagnetisk stråling.
Med andre ord slike romlige formasjoner
må ha en periodisitet i tre som ikke ligger i en
flyretninger. Som en romlig
gitterkrystaller kan brukes.
Avstanden mellom atomene i en krystall (10-10 m) er slik at
de kan vise røntgendiffraksjon
stråling (10-12-10-8 m), siden for observasjon
diffraksjonsmønster krever målbarhet
gitter konstant med bølgelengden til den innfallende strålingen.

Røntgendiffraksjon på en krystall

En stråle med monokromatisk røntgenstråling (på
figuren viser parallelle bjelker 1 og 2) faller inn på
krystalloverflate ved blikkvinkelen (vinkelen mellom
innfallsstråle og krystallografisk plan) og
eksiterer atomene i krystallgitteret, som
bli kilder til koherente sekundære bølger 1" og 2",
forstyrrer hverandre. Resultat av interferens
bølger bestemmes av deres veiforskjell 2d sin (se figur).

Wulf-Bragg formel

Diffraksjonsmaksima er observert i disse
retninger der alle reflekterte atom
fly, er bølgene i samme fase (i
retninger bestemt av Wulf-Bragg-formelen)
.

OPPLØSNING AV OPTISKE INSTRUMENTER

Fordi lys har en bølgenatur,
skapt av et optisk system (selv et ideelt system!)
bildet av en punktkilde er ikke et punkt, men
er et lyspunkt omgitt av
alternerende mørke og lyse ringer (i tilfelle
monokromatisk lys) eller iriserende ringer (in
tilfelle av hvitt lys).
Derfor et fundamentalt uunngåelig fenomen
diffraksjon begrenser den mulige oppløsningen
evner til optiske instrumenter - evner
optiske instrumenter for å gi et separat bilde av to
nær hverandre punkter av objektet.

Rayleigh-kriterium

Bilder av to like prikker i nærheten
kilder eller to nærliggende spektrallinjer med
like intensiteter og identiske symmetriske
konturer er oppløselige (separert for persepsjon) hvis
sentralt maksimum av diffraksjonsmønsteret fra en
kilde (linje) faller sammen med det første minimum
diffraksjonsmønster fra en annen.

DIFRAKSJONSRIST SOM ET SPEKTRALINSTRUMENT

Posisjonen til hovedmaksima i diffraksjonsgitteret
avhenger av bølgelengden:
Derfor, når hvitt lys føres gjennom gitteret, vil alle
maksima, bortsett fra den sentrale (m = 0), utvides til
spektrum, den fiolette regionen som vil være vendt mot
sentrum av diffraksjonsmønsteret, rødt - utover.
Denne egenskapen brukes til å studere spektralen
sammensetning av lys (bestemmer bølgelengder og intensiteter
alle monokromatiske komponenter), dvs. diffraktive
gitter kan brukes som spektral
enhet.

Kjennetegn ved et diffraksjonsgitter

Vinkeldispersjon karakteriserer graden av strekking
spektrum i området nær en gitt bølgelengde
Vedtak

Lys spredning

Avhengighet av lysets fasehastighet i et medium av dets frekvens.
Siden v \u003d c / n, deretter brytningsindeksen til mediet
viser seg å være frekvens (bølgelengde) avhengig.

Brytningsindeksspredningen indikerer hvor raskt
brytningsindeksen n endres med bølgelengden.

Prisme som en spektral enhet

Vinkelen for avbøyning av strålene av prismet
n er en funksjon av bølgelengden, så stråler med forskjellige bølgelengder
etter å ha passert gjennom prismet vil bli avbøyd av
forskjellige vinkler, det vil si at strålen av hvitt lys bak prismet brytes ned
inn i spekteret (prismatisk spektrum)

Forskjeller i diffraksjon og prismatiske spektra

Diffraksjonsgitter
Prisme
Dekomponerer innfallende lys
rett på lengden
bølger, derfor i henhold til målt
hjørner (i retninger
maxima) kan
beregne bølgelengden.
Røde stråler avbøyes
sterkere enn lilla
(røde stråler har
lengre bølgelengde enn
lilla.
Bryter ned innfallende lys inn i
indikatorverdier
brytning, så det er nødvendig
vet avhengighet
brytning av betong
stoffer fra bølgelengde
Røde stråler avbøyes
svakere enn lilla
som for røde stråler
brytningsindeks
mindre.

Spredningskurver

Dispersjonsformel (unntatt dempning for
vibrasjoner av ett optisk elektron)

Dispersjonsformel (uten demping) for
vibrasjoner av flere optiske elektroner

ABSORPTION (ABSORPTION) AV LYS

Fenomenet med en reduksjon i energien til en lysbølge når den
fordeling i materie på grunn av transformasjon
bølge energi til andre energiformer.

Bouguer-Lambert lov

LYSSPRØDNING

Dette er prosessen med å transformere lys til materie,
ledsaget av en retningsendring
spredning av lys og utseendet til en upassende
materiens lysstyrke.
Spredning av lys i grumsete og rene medier
Tyndall-effekt
Molekylær spredning

Rayleighs lov

Den spredte lysintensiteten er omvendt proporsjonal med
den fjerde potensen av bølgelengden til det spennende lyset.
Loven beskriver Tyndall-effekten og molekylær spredning.
I henhold til Rayleighs lov er den spredte lysintensiteten omvendt
proporsjonal med fjerde potens av bølgelengden, så blå
og blå stråler sprer mer enn gule og røde,
forårsaker den blå fargen på himmelen. Av samme grunn, lys
passert gjennom en betydelig tykkelse av atmosfæren, viser det seg
beriket med lengre bølgelengder (blåfiolett del
spekteret er fullstendig spredt), og derfor ved solnedgang og soloppgang
Solen ser rød ut.
Tetthetsfluktuasjoner og lysspredningsintensitet
øke med økende temperatur. Derfor på en klar sommer
dag fargen på himmelen er mer mettet sammenlignet med dette
samme vinterdag.

VAVILOV-CHERENKOV STRÅLING

Emisjon av lys fra ladede partikler
når du beveger deg i et medium med konstant hastighet V,
overskrider også fasehastigheten i dette mediet, dvs. kl
betingelse
(n er brytningsindeksen).
Observert for alle gjennomsiktige
væsker, gasser og faste stoffer.

Begrunnelse for muligheten for eksistensen av Vavilov-Cherenkov-stråling

Mulighetsbegrunnelse
eksistensen av Vavilov-strålingen
Cherenkov
I følge elektromagnetisk teori, en ladet partikkel
for eksempel sender et elektron ut elektromagnetiske bølger
bare når du beveger deg raskt.
Tamm og Frank viste at dette er sant bare opp til
så lenge hastigheten V til den ladede partikkelen ikke overskrider
fasehastighet v = c/n av elektromagnetiske bølger i mediet, in
som partikkelen beveger seg.
I følge Tamm og Frank, hvis hastigheten til et elektron som beveger seg inn
transparent medium overskrider fasehastigheten til lyset inn
gitt medium sender elektronet ut lys.
Stråling forplanter seg ikke i alle retninger, men
bare for de som danner en spiss vinkel med
partikkelbane (langs generatorene til kjeglen, aksen
som faller sammen med retningen til partikkelhastigheten).

Et elektron beveger seg i et medium med en hastighet V > v = c/n langs
bane AE (se figur).
Hvert punkt (for eksempel punktene A, B, C, D) i banen ABC
ladet partikkel i et optisk isotropisk medium er
kilde til en sfærisk bølge som forplanter seg med
hastighet v = c/n.
Ethvert påfølgende punkt er begeistret med en forsinkelse,
derfor radiene til sfæriske bølger suksessivt
avta. I henhold til Huygens-prinsippet, som et resultat
forstyrre disse elementære bølgene
slukke hverandre overalt unntatt
deres konvoluttoverflate
(bølgeoverflate)
med et toppunkt i punkt E, hvor ved en gitt
øyeblikket er et elektron.

Begrunnelse av direktiviteten til Vavilov-Cherenkov-stråling ved bruk av Huygens-prinsippet

Hvis for eksempel et elektron reiste banen AE på 1 s, så er lyset
bølgen har reist veien til AA i løpet av denne tiden."
Derfor er segmentene AE og AA" henholdsvis lik V og v
= c/n.
Trekant AA "E - rektangulær med rett vinkel y
hjørnene A". Deretter
Kulene krysser kun når
ladede partikler beveger seg raskere
enn lys
bølger, og deretter deres bølgeoverflate
er en kjegle med et toppunkt
på det punktet der det er nå
elektron.

Dopplereffekt for elektromagnetiske bølger i vakuum

0 og - henholdsvis frekvensene til lysbølger som sendes ut
kilde og oppfattet av mottakeren; v - hastighet
lyskilde i forhold til mottakeren; - vinkel mellom
hastighetsvektor v og observasjonsretning,
målt i referanserammen knyttet til observatøren;
c - lysets forplantningshastighet i vakuum

Langsgående dopplereffekt

Tverrgående dopplereffekt

Lys polarisering

Settet med fenomener av bølgeoptikk, der
manifesterer transversiteten til elektromagnetisk lys
bølger (ifølge Maxwells teori, lysbølger
tverrgående: elektriske styrkevektorer E
og magnetiske H-felt til lysbølgen er gjensidig
vinkelrett og svinge vinkelrett
hastighetsvektor v for bølgeutbredelse
(vinkelrett på strålen)). Fordi det
for polarisering er det nok å studere atferden
bare én av dem, nemlig vektoren E, som
kalles lysvektoren.

polarisert lys
Lys i hvilken oscillasjonsretningen til lysvektoren
sortert på en eller annen måte.
naturlig lys
Lys med alle mulige like sannsynlige retninger
oscillasjoner av vektoren E (og dermed H).
Delvis polarisert lys
Lys med dominerende (men ikke eksklusivt!)
oscillasjonsretningen til vektoren E.

Planpolarisert (lineært polarisert) lys
Lys der vektoren E (og dermed H) svinger
bare i én retning, vinkelrett på strålen.
Elliptisk polarisert lys
Lys som vektoren E endrer seg med tiden slik at
at enden beskriver en ellipse som ligger i et fly,
vinkelrett på strålen.
Elliptisk polarisert lys er den vanligste typen
polarisert lys.

Oppnå planpolarisert lys

Oppnådd ved å sende naturlig lys gjennom polarisatorer
P, som er medier som er anisotrope i
med hensyn til oscillasjonene til vektoren E (for eksempel krystaller, in
spesielt turmalin). Polarisatorer lar vibrasjoner passere gjennom
parallelt med hovedplanet til polarisatoren, og
helt eller delvis forsinke vibrasjoner,
vinkelrett på henne.

Malus' lov

Intensiteten til lyset som passerer gjennom
polarisator og analysator, proporsjonal med kvadratet
cosinus av vinkelen mellom deres hovedplan.

Passering av naturlig lys gjennom to polarisatorer

Intensiteten til planpolarisert lys som sendes ut
fra den første polarisatoren
Intensitet av lys som passerer gjennom den andre polarisatoren
Intensiteten av lys som passerer gjennom to polarisatorer
Grad av polarisering

POLARISERING AV LYS I REFLEKTION OG REFRAKTION

Fenomenet lyspolarisering
Isolering av lysbølger med spesifikke retninger
oscillasjoner av den elektriske vektoren - observert kl
refleksjon og brytning av lys ved grensen til transparent
isotrope dielektriske stoffer.

Refleksjon og brytning av lys ved et grensesnitt

Hvis innfallsvinkelen til naturlig lys på grensesnittet,
for eksempel luft og glass, er forskjellig fra null, deretter reflektert
og brutte stråler er delvis polarisert.
I den reflekterte strålen dominerer vibrasjoner,
vinkelrett på innfallsplanet (i figuren de
indikert med prikker), i den brutte strålen - vibrasjoner,
parallelt med innfallsplanet
(på figuren, disse svingningene
vist med piler).
Grad av polarisering
avhenger av innfallsvinkelen.

Brewsters lov

Ved innfallsvinkelen til naturlig lys på grensen
transparente isotropiske dielektriske stoffer, lik vinkelen
Brewster iB definert av relasjonen
den reflekterte strålen er fullstendig polarisert (inneholder kun
vibrasjoner vinkelrett på innfallsplanet),
den brutte strålen er polarisert til det maksimale, men ikke
fullt.

Naturlig lysinnfall i Brewsters vinkel

Når naturlig lys faller i Brewster-vinkelen iB
reflekterte og brutte stråler gjensidig
er vinkelrett.

POLARISERING HOS BIBRIGHT

Dobbeltbrytning - evnen til anisotropisk
stoffer som deler den innfallende lysstrålen i to stråler,
forplante seg i forskjellige retninger med forskjellige
fasehastighet og polarisert inn gjensidig

Uniaksiale og biaksiale krystaller

Anisotropi av stoffer - avhengighet av fysiske egenskaper
stoffer fra retning.
Den optiske aksen til krystallen er retningen i den optiske
anisotropisk krystall, som forplanter seg
en lysstråle uten å oppleve dobbel brytning.
Uniaksiale og biaksiale krystaller - krystaller med en
eller to retninger som det er ingen
dobbel brytning.
Hovedplanet til en enakset krystall er et plan,
passerer gjennom retningen til lysstrålen og det optiske
krystallaksen.

Dobbeltbrytning i islandsk spar (enakset krystall)

Når en smal lysstråle faller inn på en tilstrekkelig tykk
krystallen kommer ut av den to romlig adskilt
stråler parallelle med hverandre - vanlige (o) og
ekstraordinær (e).

Dobbeltbrytning i en enakset krystall under normal lysinnfall

Hvis primærstrålen normalt faller inn på krystallen, da
uansett, den refrakterte strålen er delt i to: en av
dem er en fortsettelse av det primære - vanlige
stråle (o), og den andre avbøyes - en ekstraordinær stråle (e). begge e-strålene er fullstendig polarisert innbyrdes
vinkelrette retninger.

På kanten av en krystall kuttet i form av en plate,
normalt innfallende plan polarisert lys.
Den ekstraordinære strålen (e) i krystallen avbøyes og går ut
fra den parallelt med en vanlig stråle (o). Begge strålene på
skjerm E gi lyse sirkler o og e (se figur a).
Hvis krystallen roteres rundt en akse som sammenfaller med
retningen til o-strålen, vil o-sirkelen på skjermen forbli
ubevegelig, og e-sirkelen beveger seg rundt den
sirkel.

Vanlige og ekstraordinære stråler med dobbel refraksjon

Lysstyrken til begge sirklene endres. Hvis o-bjelken når
maksimal lysstyrke, så "forsvinner e-rayen", og omvendt.
Summen av lysstyrkene til begge strålene forblir konstant. Så hvis
e- og o-bjelker overlapper hverandre (se figur b), deretter under rotasjon
krystall, lysstyrken til hver av sirklene endres, og området
overlapper hele tiden like lyse.

Sfærisk bølgeoverflate

Oscillasjoner av vektoren E i alle retninger
vanlig stråle er vinkelrett på den optiske aksen
krystall (retningen er gitt av den stiplede linjen), så strålen forplanter seg i krystallen i alle retninger med
samme hastighet v0 = c/n0.
La oss anta at ved punkt S av krystallen en punktkilde
lys sender ut en lysbølge, o Stråle i krystallen
forplanter seg med hastigheten v0 = const, så bølgen
overflaten til en vanlig stråle er en kule.

Ellipsoid bølgeoverflate

For en e-stråle er vinkelen mellom oscillasjonsretningen til vektoren E og
optisk akse er forskjellig fra den direkte og avhenger av
stråleretning, slik at e-strålen forplanter seg inn
krystall i forskjellige retninger ved forskjellige hastigheter
ve = c/ne. Hvis det ved punkt S avgir en punktkilde
lysbølge, så forplanter e-strålen i krystallen seg med
hastighet ve const, og derfor bølgeoverflaten
ekstraordinær stråle - ellipsoid. Langs den optiske aksen
v0 = ve; det største avviket i hastigheter - in
retning,
vinkelrett
optisk akse.

positiv krystall

negativ krystall

En plan bølge faller normalt inn på et brytende ansikt
positiv enakset krystall (optisk akse OO "
danner en vinkel med det).
Med sentre ved punktene A og B konstruerer vi sfærisk bølge
overflater som tilsvarer en vanlig stråle, og
ellipsoidal - ekstraordinær stråle.
På et punkt som ligger på 00 er disse overflatene i kontakt.

Retning av o- og e-stråler i en krystall etter Huygens-prinsippet

Etter Huygens prinsipp tangerer overflaten til
kuler, vil være fronten (a-a) av en vanlig bølge, og
overflate tangent til ellipsoider - front (b-b)
ekstraordinær bølge.
Ved å tegne rette linjer til kontaktpunktene får vi veibeskrivelsene
fordeling av ordinær (o) og ekstraordinær (e)
stråler. Som følger av figuren vil o-bjelken gå med
opprinnelig retning, og e-strålen avviker fra
opprinnelig retning.

POLARISATORER

Innsamlings-, deteksjons- og analyseutstyr
polarisert lys, samt for forskning og
målinger basert på fenomenet polarisering. Deres
typiske representanter er polariserende
prismer og polaroider.
Polariserende prismer er delt inn i to klasser:
gir en plan polarisert stråle med stråler -
enkeltstråle polariserende prismer;
som gir to stråler med stråler polarisert inn gjensidig
vinkelrette plan, - to-stråle
polariserende prismer.

Dobbelt islandsk sparprisme limt på langs
AB-linjer med kanadisk balsam med n = 1,55.
Den optiske aksen til OO "prismet er med inngangsflaten
vinkel 48°. På forsiden av prismet er en naturlig stråle,
parallelt med CB-kanten, deler seg i to stråler:
ordinær (n0 = 1,66) og ekstraordinær (ne = 1,51).

Enkeltstråle polariserende prisme (Nicol prisme eller nicol)

Med et passende valg av innfallsvinkel, lik eller
er større enn grensen, opplever o-strålen total refleksjon, og
deretter absorbert av den svarte CB-overflaten. e-stråle
etterlater krystallen parallelt med den innfallende strålen,
litt forskjøvet i forhold til det (pga
brytning ved flatene AC og BD).

Dobbeltstråle polariserende prisme (islandsk spar og glassprisme)

Forskjellen i brytningsindeksene til o- og strålestrålene brukes til å skille dem så langt som mulig fra hverandre.
En vanlig stråle brytes to ganger og sterkt
blir avvist. En ekstraordinær stråle med en passende
valg av brytningsindeksen til glass n (n = ne) passerer
prisme uten nedbøyning.

turmalin krystaller

Polarisatorer hvis handling er basert på fenomenet
dikroisme - selektiv absorpsjon av lys i
avhengig av oscillasjonsretningen til det elektriske
lysbølgevektor.

Polaroider

Filmer som for eksempel krystaller avsettes på
herapatitt - et dobbeltbrytende stoff med en sterk
uttalt dikroisme i det synlige området. Søke om
å produsere planpolarisert lys.
Så, med en tykkelse på 0,1 mm, er en slik film helt
absorberer vanlige stråler i det synlige området av spekteret,
være en god polarisator i et tynt lag
(analysator).

En stråle av naturlig lys som går gjennom en polarisator
P og blir normalt planpolarisert ved utgangen
faller på en krystallinsk plate med tykkelse d,
kuttet fra en enakset negativ krystall
parallelt med dens optiske akse OO". Inne i platen er den
delt inn i ordinær (o) og ekstraordinær (e)
stråler som forplanter seg
i én retning
(vinkelrett
optisk akse),
men med forskjellige
hastigheter.

Oppnå elliptisk polarisert lys

Oscillasjoner av vektoren E i e-strålen oppstår langs den optiske
aksen til krystallen, og i o-strålen - vinkelrett på den optiske
økser.
La den elektriske vektoren E av utgangen fra polarisatoren
plan polarisert stråle er med den optiske aksen
OO" krystallvinkel a.
Amplitudeverdier av elektriske vektorer i
vanlige (Eo1) og ekstraordinære (Ee1) stråler:

Oppnå elliptisk polarisert lys

Den optiske veiforskjellen til o- og e-stråler som har passert gjennom krystallen
platetykkelse d.
Faseforskjellen mellom oscillasjonene til o- og e-strålene ved utgangen av platen.
Amplitudeverdier av elektriske vektorer Ee og Eo i e- og o-stråler,
passert gjennom den krystallinske platen.
Banen til den resulterende vibrasjonen når den legges til gjensidig
vinkelrette oscillasjoner med forskjellige amplituder og faseforskjell
(t ble ekskludert fra de to foregående ligningene)

Passasje av planpolarisert lys gjennom en plate

ANALYSE AV POLARISERT LYS

Planpolarisert lys
Når du roterer analysatoren (A) rundt stråleretningen
lysintensiteten endres, og hvis noen
posisjon A, lyset er helt slukket, deretter lyset -
planet polarisert.

analysator, er intensiteten til det transmitterte lyset ikke
Endringer.

Sirkulært polarisert lys
I sirkulært polarisert lys er faseforskjellen φ mellom
alle to innbyrdes vinkelrette svingninger er lik
±/2. Hvis en plate "/4" er plassert i banen til dette lyset, da
det vil innføre en ekstra faseforskjell på ±/2. Resulterende
faseforskjell vil være 0 eller.
Så, ved utgangen fra platen, er lyset planpolarisert og
kan slukkes ved å vri på analysatoren.
Hvis det innfallende lyset er naturlig, så under rotasjon
analysator i hvilken som helst posisjon på platen "/4"
intensiteten endres ikke. Hvis fullstendig utryddelse ikke oppnås, da
innfallende lys - blanding av naturlig og sirkulært
polarisert.

Elliptisk polarisert lys
Hvis i veien for elliptisk polarisert lys vi plasserer
plate "/4", hvis optiske akse er orientert
parallelt med en av aksene til ellipsen, så vil den introdusere
ekstra faseforskjell ± /2. Resulterende
faseforskjell vil være 0 eller. Så ved utgangen fra tallerkenen
lys er planpolarisert og kan slukkes
snu analysatoren.
Hvis det innfallende lyset er delvis polarisert, så kl
rotasjon av analysatoren ved enhver posisjon på platen
intensiteten varierer fra
minimum til maksimum
men fullstendig utryddelse oppnås ikke.

FORSTYRRELSE AV POLARISERT LYS

Det er eksperimentelt bevist at koherente stråler,
polarisert i to innbyrdes perpendikulære
fly forstyrrer ikke. Innblanding
observeres bare når svingninger i
samvirkende stråler lages langs en
veibeskrivelse. Så vanlig og ekstraordinært
stråler som kommer ut fra krystallplaten, men
er sammenhengende og det er forskjell på dem
faser, avhengig av avstanden de har tilbakelagt
plate, kan de ikke forstyrre, fordi de
polarisert i innbyrdes perpendikulære plan.
For å observere interferens av polarisert
stråler, er det nødvendig å velge komponenter fra begge stråler med
samme vibrasjonsretning.

Valg av komponenter med samme vibrasjonsretninger

En krystallinsk plate kuttet fra en enakset
krystall parallelt med den optiske aksen OO", er plassert
mellom polarisator P og analysator A. Parallell
lysstrålen ved utgangen fra R blir til
planet polarisert.
I en krystallplate forplanter o- og e-stråler seg inn
fallretning, men med forskjellige hastigheter.
Analysator A overfører oscillasjoner polarisert inn
samme plan: elektriske vektorer som kommer ut fra
analysator A o- og e-stråler oscillerer langs
i samme retning, dvs. interferens er mulig.

KUNSTIG OPTISK ANISOTROPI

Budskapet om optisk anisotropi er naturlig
isotrope stoffer, hvis de utsettes for
mekanisk påkjenning, er plassert i
elektrisk eller magnetisk felt.
Som et resultat får stoffet egenskapene til en uniaxial
krystall, hvis optiske akse faller sammen
i henhold til deformasjonsretningene,
elektriske eller magnetiske felt.

Innhenting av optisk anisotrope stoffer

Kerr-effekt

Optisk anisotropi av gjennomsiktige stoffer under
eksponering for et jevnt elektrisk felt.
Mekanisme for Kerr-effekten
På grunn av den forskjellige polariserbarheten til molekyler
dielektrisk i forskjellige retninger. Elektrisk
felt orienterer polare molekyler langs feltet og
induserer et elektrisk moment i ikke-polare molekyler.]
Derfor er brytningsindeksene (derav, og
forplantningshastighet når det gjelder bølger,
polarisert langs og vinkelrett] på vektoren
elektrisk feltstyrke) bli
forskjellig k, oppstår dobbeltbrytning.

Kerr-celle

Kyvette med væskeholdige plater
kondensator, plassert mellom krysset
polarisator og analysator.
I fravær av et elektrisk felt gjør ikke lys gjennom systemet det
passerer. Når det brukes, blir miljøet
anisotropisk, og lyset som forlater cellen er elliptisk
polarisert og passerer delvis gjennom analysatoren.

Faseforskjellen φ som oppstår mellom de vanlige og ekstraordinære strålene

Måles ved å plassere foran analysatoren
kompensator (en enhet som forskjellen
bevegelsen mellom de to bjelkene reduseres til null).

Rotasjon av polarisasjonsplanet (eller optisk aktivitet)

Evnen til visse stoffer (kvarts, sukker, vann
sukkerløsning, terpentin, etc.) i fravær av ekstern
påvirkninger for å rotere polarisasjonsplanet (plan,
passerer gjennom den elektriske vektoren E og lysstrålen).
Stoffer som roterer polarisasjonsplanet kalles
optisk aktiv.

Observasjon av rotasjonen av polariseringsplanet

Planpolarisert lys som går ut av polarisatoren
passerer gjennom sukkerløsningen.
Krysset polarisator og analysator bak kyvetten med
løsningen slukker ikke lyset helt. Hvis En tur til
vinkel φ, så oppstår fullstendig utslukking av lys. Derfor,
lys etter å ha passert gjennom systemet forblir
planet polarisert, men løsningen roterer planet
polarisering av lys med en vinkel φ.

Rotasjonsvinkelen til polariseringsplanet

Optisk aktive krystaller og rene væsker
Optisk aktive løsninger
Optisk aktivitet skyldes både strukturen til molekyler
stoffer (asymmetrien deres), og funksjoner
arrangement av partikler i krystallgitteret.

Høyre- og venstrehånds optisk aktive stoffer

høyredreiende stoffer

mot strålen, svinger til høyre (med klokken).
Venstrehendte stoffer
Stoffer hvis polariseringsplan, når de sees
mot strålen, svinger til venstre (mot klokken
piler).

Lys interferens- fenomenet omfordeling av lysfluksen i rommet når to (eller flere) sammenhengende lysbølger er overlagret, som et resultat av hvilke maksima vises noen steder, og intensitetsminima på andre.

sammenhengende kalt bølger, hvis faseforskjell ikke endres verken i rom eller tid. Betingelsen for maksimal intensitet for faseforskjellen ; minimumstilstand

.

For å oppnå koherente lysbølger brukes metoder for å skille en bølge som sendes ut av en kilde i to eller flere deler, som etter å ha passert gjennom forskjellige optiske baner legges over hverandre.

La separasjonen i to koherente bølger skje ved et bestemt punkt O. Før punktet M, hvor interferensmønsteret observeres, en bølge i et medium med brytningsindeks n 1 reiste banen S 1 , den andre - i et medium med brytningsindeks n 2 – sti S 2 . Faseforskjellen til oscillasjonene eksitert av bølgene i punktet M er lik

.

Produktet av den geometriske lengden S av banen til en lysbølge i et gitt medium av eksponenten n brytning av dette mediet kalles den optiske banelengden L, A  = (L 2 – L 1 ) - forskjellen i de optiske lengdene til banene som krysses av bølgene - kalles den optiske veiforskjellen. La oss ta i betraktning at /c=2v/c=2/ 0 , hvor  0 er bølgelengden i vakuum.

Interferens maksimal tilstand: den optiske veiforskjellen er lik et heltall av bølger og oscillasjonene som eksiteres ved punkt M av begge bølgene vil forekomme i samme fase  = ± m , Hvor ( m = 0, 1, 2,...).

Minimumstilstand for interferens: den optiske veiforskjellen er lik et halvt heltall av bølger og oscillasjonene som eksiteres ved punktet M av bølgene vil forekomme i motfase
, Hvor ( m = 0, 1, 2,...).

Plassering av belysningsmaksima ved observasjon av interferens fra Young-spalter X maks = ±t (l/ d)  , Hvor m er rekkefølgen av maksimum, d- avstand mellom sporene, l – avstand til skjermen; nedturer x min = ± (m+1/2)(l/ d)  .

Avstanden mellom to tilstøtende minima, kalt bredden på interferenskanten, er  x = (l/ d)  .

OG innblandingi tyntfilmer:

optisk veiforskjell

,

G
de n er filmens relative brytningsindeks, φ er lysinnfallsvinkelen. Begrepet ±/2 skyldes tap av en halvbølge når lys reflekteres fra grensesnittet. Hvis n> n 0 (n 0 er brytningsindeksen til mediet som filmen er plassert i), så vil tapet av en halvbølge oppstå ved refleksjon fra den øvre overflaten av filmen, og begrepet ovenfor vil ha et minustegn hvis n< n 0 , da vil tapet av halvbølgen skje på den nedre overflaten av filmen, og /2 vil ha et plusstegn.

Radier av mørke ringer i reflektert og lys Newtons ringer i gjennomlyst lys
, hvor m = 1, 2,.. er ringenummeret, R er krumningsradiusen til linsen.

Bølgediffraksjon: en lysbølge som bøyer seg rundt grensene til ugjennomsiktige kropper med dannelse av en interferens omfordeling av energi i forskjellige retninger.

P
Huygens-Fresnel-prinsippet: hvert punkt på bølgefronten er en kilde til bølger som forplanter seg med en karakteristisk hastighet for et gitt medium. Konvolutten til disse bølgene gir posisjonen til bølgefronten i neste øyeblikk. Alle punkter på bølgefronten oscillerer med samme frekvens og i samme fase og representerer derfor et sett med koherente kilder. Å gjøre rede for amplitudene og fasene til sekundærbølgene gjør det mulig å finne amplituden til den resulterende bølgen når som helst i rommet.

Fresnel diffraksjon(fra den sfæriske bølgefronten).

Fresnel sone radier:
, Hvor EN er avstanden fra kilden til skjermen, b er avstanden fra skjermen med et hull til, m = 1,2,3...

Hvis et partall av Fresnel-soner passerer gjennom hullet, observeres en mørk flekk i midten av diffraksjonsmønsteret, hvis et oddetall, så en lys.

Fraunhofer diffraksjon(fra en flat bølgefront).

Betingelsen for å observere diffraksjonsminima fra en spalte
(T = 1, 2, 3…).

Diffraksjonsgitter er et system med periodisk repeterende inhomogeniteter.

Gitterperioded er avstanden mellom aksene til to tilstøtende spor.

Tilstanden til hoveddiffraksjonsmaksima fra diffraksjonsgitteret
, (T= 1, 2, 3…).

Rister vinkeldispersjon
det er lik

Oppløsningen til diffraksjonsgitteret bestemmer intervallet δλ, der to tettliggende bølgelengder av spekteret λ 1 og λ 2 oppfattes som separate linjer:
, Hvor N er det totale antallet gitterspalter som lys kommer inn i under diffraksjon.

Polarisert lys kalles lys, der svingningsretningene til lysvektoren på en eller annen måte er ordnet. Flyet som går gjennom lysvektorens svingningsretning E planpolarisert bølge og forplantningsretningen til denne bølgen kalles svingningsplanet, og svingningsplanet til vektoren H kalt polariseringsplanet. Planpolarisert lys er det begrensende tilfellet for elliptisk polarisert lys - lys som vektoren for E (vektor H ) endres med tiden slik at dens ende beskriver en ellipse som ligger i et plan vinkelrett på strålen. Hvis polarisasjonsellipsen degenererer til en rett linje (når faseforskjellen  er lik null eller ), så har vi å gjøre med det planpolariserte lyset vurdert ovenfor, hvis det blir en sirkel (når =±/2 og amplituder av de kombinerte bølgene er like), så har vi å gjøre med polarisert rundt om i verden.

Graden av polarisering er mengden
,Hvor Jeg maks og Jeg min - maksimal og minimum lysintensitet som tilsvarer to innbyrdes vinkelrette komponenter av vektoren E. For naturlig lys Jeg maks= Jeg min og R= 0, for plan polarisert Jeg min = 0 og R = 1.

LovMalus: Jeg = Jeg 0 cos 2 , hvor Jeg 0 er intensiteten av polarisert lys som faller inn på analysatoren; α er vinkelen mellom overføringsplanene til polarisatoren og analysatoren, Jeg er intensiteten til polarisert lys som forlater analysatoren.

Når lys faller på den dielektriske overflaten i en vinkel som tilfredsstiller forholdet tgi B = n 21 , hvor n 21 er brytningsindeksen til det andre mediet i forhold til det første, er den reflekterte strålen planpolarisert (inneholder kun vibrasjoner vinkelrett på planet til forekomst). Den brutte strålen ved innfallsvinkelen i B (Brewster-vinkel) er polarisert maksimalt, men ikke fullstendig.

Brewsters lov: i B + β = π/2 , hvor β er brytningsvinkelen.

BØLGEOPTIKK, en gren av fysisk optikk som studerer fenomener knyttet til lysets bølgenatur. Bølgenaturen til lysets utbredelse ble etablert av H. Huygens i andre halvdel av 1600-tallet. Bølgeoptikk fikk betydelig utvikling i studiene til T. Young, O. Fresnel, D. Arago, da det ble utført eksperimenter som gjorde det mulig ikke bare å observere, men også å forklare interferens, diffraksjon og polarisering av lys, som geometrisk optikk kunne ikke forklare. Bølgeoptikk tar for seg forplantning av lysbølger i ulike medier, refleksjon og brytning av lys ved medias grenser (se Fresnel-formler), spredning og spredning av lys i materie osv. Lysbølger, som er oscillasjoner av et elektromagnetisk felt, er beskrevet av de generelle ligningene til klassisk elektrodynamikk (se Maxwell-ligninger ). Disse ligningene er supplert med ligningene til kvantemekanikk, som relaterer verdiene til den dielektriske og magnetiske permeabiliteten til den molekylære strukturen og egenskapene til materie. Denne tilnærmingen gjør det mulig å studere bølgeoptiske fenomener i ulike medier (se Krystalloptikk, Magnetooptikk, Molekylær optikk). Funksjoner ved forplantningen av lysbølger i bevegelige medier (se Elektrodynamikk til bevegelige medier), så vel som i sterke gravitasjonsfelt, er forklart i den spesielle og generelle relativitetsteorien. Bølgeoptikk, ved å bruke den klassiske beskrivelsen av lysfeltet, er ikke i stand til å gi en konsistent forklaring på prosessene med emisjon og absorpsjon av lys, noe som krever introduksjon av ideer om lyskvanter - fotoner (se Kvanteoptikk, Corpuscular-wave dualism ). En rekke problemer innen bølgeoptikk løses også med en enklere beskrivelse av lysfeltet ved hjelp av bølgeligningen.

Bølgeoptikk etablerer grensene for anvendelighet for geometrisk optikk, gir en matematisk begrunnelse for relasjonene som brukes i den (eikonallikningen, Fermat-prinsippet, etc.). I det mellomliggende området, når lysets bølgelengde er mye mindre enn de geometriske dimensjonene til det optiske systemet, men samtidig er diffraksjonsforvrengningene til strålene betydelige, brukes kvasi-optikkmetoder.

Bølgefenomener i ikke-lineære medier vurderes i ikke-lineær optikk. Utbredelsen av lysbølger i tilfeldig inhomogene medier, inkludert atmosfæren, studeres ved metodene for statistisk optikk. Moderne bølgeoptikk studerer dannelsen av koherente lysstråler i de optiske resonatorene til lasere og transformasjonen av stråler ved metodene for holografi, Fourier-optikk og adaptiv optikk. Raskt utviklende områder er også studier av ikke-lineære optiske fenomener i optiske fibre (se Fiberoptikk) og i plane (film) optiske systemer (se Integrert optikk).

Tent. se på st. Optikk.