Свойства световых волн?sequence=1

Тема лекции:
«Свойства световых волн»
К свойствам световых волн относятся:
1. Законы отражения, преломления
2. Дифракция
3. Интерференция
4. Поляризация
5. Дисперсия
Законы отражения:
1. Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр к
отражающей поверхности, восстановленный в точке падения
луча, лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения равен углу падения.
Согласно
электромагнитной теории
Максвелла:
n
где, отрезок АВ - волновая поверхность
падающей волны, а отрезок СD – волновая
поверхность отраженной волны
с

 
Законы преломления:
1. Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе
раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в
одной плоскости.
2. Для данных двух сред отношение синуса угла падения к синусу
угла преломления есть величина постоянная.
1
n
2
n2
 nотн
n1
Интерференция и ее свойства
Интерференция света – сложение когерентных световых волн, в
результате которого в одних точках пространства происходит
увеличение, а в других – уменьшение амплитуды результирующей
световой волны.
Когерентность световых волн – согласование протекания во
времени и пространстве нескольких колебательных или волновых
процессов.
Когерентность колебаний, которые совершаются в одной и той точке
пространства, определяемая степенью монохроматичности волн,
называется временной когерентностью.
Радиусом когерентности (или длиной пространственной
когерентности) называется максимальное поперечное
направление распространения волны расстояние, на котором
возможно проявление интерференции.
Монохроматичность волны – неограниченные в пространстве
волны одной определенной и строго постоянной частоты.
Прерывистое излучение света атомами в виде отдельных коротких
импульсов называется волновым цугом.
Наряду с временной когерентностью для описания когерентных
свойств волн в плоскости, перпендикулярной направлению их
распространения, вводится понятие пространственной
когерентности.
Длина когерентности (длина цуга):
lког  с ког
ι – длина цуга,
с – скорость света
в вакууме, τ – время когерентности.
Радиус когерентности
rког

~

r – радиус, λ – длина волны света, φ –
угловой размер источника
Интенсивность результирующей волны
I  I1  I 2  2 I1 I 2 cos 2  1 
I – интенсивность
Разность фаз двух колебаний
S
S  2
S 2 n2  S1n1   2 L2  L1   2 
   2  1  
0
0
 2 1  0
δ – разность фаз колебаний, ∆ - оптическая разность
хода, λ – длина волны, L – оптическая длина пути s –
путь, проходимый волной, υ – скорость света в среде.
Оптическая разность хода:
Условие интерференционного максимума
  2m
0
2
m  0,1,2,...
Условие интерференционного минимума
  2m  1
0 m  0,1,2,...
2
БИПРИЗМА Френеля [от лат. bi… - дву (х) и греч. prísma]
– оптическая система, состоящая из двух призм с малыми
преломляющими углами. При попадании света от
источника на грани Б. получают два когерентных
преломленных пучка.
Бипризма Френеля
Метод Юнга
Зеркала Френеля
Расчет интерференционной картины от
двух источников
Метод зон Френеля
Дифракция света и ее свойства
Дифракцией называется огибание волнами препятствий,
встречающихся на их пути, или в более широком смысле –
любое отклонение распространения волн вблизи препятствий
от законов геометрической оптики.
Согласно принципу Гюйгенса – Френеля, световая волна,
возбуждаемая каким-либо источником S, может быть представлена как
результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых»
фиктивными источниками.
Зависимость показателя преломления от величин
2
i
2
0i
n0
e / mi
n  1 
0 i  2
2
m – масса заряда, 
- собственная
2
0i
частота колебаний электрона,  частота внешнего поля, е – заряд
электрона, 0 - электрическая
постоянная.
2

АВ – область аномальной дисперсии,
остальные участки описывают
нормальную дисперсию.
Поляризация света
Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом
упорядочены, называется поляризованным.
«Фотография» плоской
электромагнитной волны.
Векторы Е, Н – векторы напряженностей электрического и магнитного
полей волны взаимно перпендикулярны, из уравнений Максвелла следует,
что эти векторы всегда колеблются в одинаковых фазах.
а) – равновероятные состояния
колебания светового вектора; луч
перпендикулярен плоскости
рисунка.
б) – частично поляризованный свет.
в) – полоскополяризованный,
(линейно поляризованный) свет.
Закон Малюса
I  I 0 cos 
2
I I0

- интенсивности света
- угол между интенсивностями
Прохождение света через кристалл турмалина.
Пластинка T1 - поляризатор, преобразует естественный свет в
полоскополяризованный
Пластинка T2 - анализатор, служит
для анализа степени поляризации
света.
Если на толстый кристалл исландского
шпата направить узкий пучок света, то из
кристалла выйдут 2 пространственно
разделенных луча, параллельных друг
другу и падающему лучу.
Колебания светового вектора (вектора
напряженности Е электрического поля) в
обыкновенном луче происходят
перпендикулярно главной плоскости, в
необыкновенном – в главной плоскости.
Примеры отражения, преломления, дифракции
Диски, на которых стоят свечи разной формы
Стеклянный шар в бумажной трубе
Растение в воде и его отражение
Отражение пламени свечки
от
поверхности диска
Капли воды на диске