А.Н. Матвеев - Оптика, страница 3

Длина когеревтвостн. Осуществлен»с пространственного снвхронкзма. Векторное условие пространственного енвхроннзмх Генерацнв суммарных н разноетвых частот. Спонтанный распад фотона. Пвраметрнческое ус»пенке света. Параметрячеекне генераторы света й 57. Самевоздействне света в непа»в»пой среде Нелинейная поправка к показателю преломлен»я.

Самофокус»розка к лефокуснровка пучка. Длина самофскуснровкк. Пороговая мощность. Основные причины воэннкновевкя волынец»сот» показателя дреломленяя. Инерцнонность Прнлемскне. Ел»вялы СИ, используемые в к»кто 342 Предисловие Стремительное внедрение достижений науки в производство— необходимая черза сеголияшнего дня. Одним из ярких примеров здесь является именно оптика Бурное развитие лазерной техники стало не только научным досгнжеиием, ио и во многих отраслях революционизировало промышленную технологию Важнейшее значение приобрела сеголня проблема подготовки квалифидированиых кадров для отраслей промышленности, внедряющих новейшие научньп разработки.

«Значительно улучшить подготовку в вузах и техникумах спепиалвсгов для ведущих отраслей народного хозяйства...», — 'призвав июньский П983г.) Пленум ЦК КПСС. Применение лазеров и их использование совместно с ЭВМ создали весьма благоприятные условия для развития оптики. Высокая когерентность лазерного излучения позволяез изучать и воспроизводить в оптическом диапазоне широкий класс явлений, недоступных для исследований при малых степенях когерентности излучении. Высокая плотность энергии лазерного излучении дает возможность исследовать нелинейные оптические процессы е условияк, недоступных при прежних методах исследования. Возможность генерации коротких и сверхкоротких лазерных импульсов открыла путь к исследованию быстронротекающих процессов, включая внутримолекулярные.

Использование ЭВМ в громадной степени ускорило оптические исследования, поскольку во многих случаях оно свело их либо к прямому расчету, либо к постановке численных экспериментов. Все это эа последние 25 лег привело к значительному развитию оптики, существенно расширились ее приложения. Начало этому процессу было положено важными работами, приведшими к созданию кшштовых генераторов излучения. Наряду с фундаментальными работами по мазерам и лазерам советскими физиками внесен большой вклад в развитие многих важных разделов оптики. Например, таких, как рассеяние света, голография, оптические системы, нелинейная оптика и т, л, В этом развитии оптики фундаментальные основы ее, естественно, не претерпели существенных изменений, В ряде случаев ови были прояснены, а в других случаях — обогащены проникновением цонятнй, методов, математических приемов и т.

д. нз других областей науки (например, теории случайных процессов, физики линейных и нелинейных колебаний, матричнь)х методов расчета и т. д.). Содержание книги достаточно полно отражено 'оглавлением. Несколько больше внимания, чем обычно, улелено статистическим свойствам света и спектральному представлению. Дифракция изложена в рамках интеграла Кирхгофа, На материале геометрической оптики и интерференции в тонких пленках показана эффективность матричных методов. Дифракпиоиная теория формирования изображений, пространственная фильтрация изображений, голография и другие аналогичные вопросы представлены единообразно в рамкат Фурье-оптики.

Анализ частичной когерентности и частичной полиризации проводится в рамках первой корреляционной функции. Математическая сторона излагаемого материала представлена в возможно простой форме, совместимой с достаточной строгостью изложении В необходимых случаях даются математические пояснения и приводятся более детальные расчеты. Громоздкость некоторых из этих расчетов не должна создавать у студенти впечатления о слож- шюти используемого математического аппарата. Чтобы рассеять зто впечвткенле, ему необхолимо лишь запастлсь терпением и провести, самостоятельно эти расчеты.

Наиболее существенное отличие курса оптики от курсов механики, молекулярной физики и электричества состоит в том, что его фундаментальные основы лежат .вне курса Это обстоятельство приводит к звачительному усилению роли дедуктивного методе изложения. Поэтому изложение в основном носит дедуктивный характер, а анализ экспериментальных данных в большинстве слу чаев (хотя и не всегдя) призван либо продемонстрировать согласие выводов теории с результатами опытов, либо объяснить наблюдаемые явления. Киню написана на основе многолетнего опыта преподавания автора иа физическом факультете Московского государственного университете им.

М. В. Ломоносова. Автор благодарен своим коллегам, дискуссии с которыми оказали влияние на общий плви книги. Автор блвголачгл академику АН УССР А. И. Ахиезеру, а также проф; Н.И. Калитеевскому и сотрудникам возглавляемой им кафедры за внимательное репеизнрование рукошиж и пенные замечания. Лешор Оптичпжий диапазон электромагнитных волн Анвлияируютея фвкторы. делающие волин випимого Лияпвтове наиболее подходящими для трепля. Опиемвеютея хвряктериетики оптичеекого диапазона. Длины воли видимого дггапазоиа. Видимый диапазон включает электромагнитные волны,'.вос- принимаемые человеческим глазом.

Граница диапазона этих волн зависит от индивидуальных особенностей глаза и варьируется приблизительно в пределах (1.1) диапазона. В оптике используется как круггрвая частота )х = 0,38-+-0,76 мхм. Частоты волн' видимого (1.2) ю = 2к/Т, где Т вЂ” период колебаний волньх так и частота (1.3) и=1/Т, связанные очевидным соотношением то = 2пч. (1.4) Частота выражается в герцах, а круговая частота — в секундах в минус первой степени. Прини- мая во внимание, что ).=сТ, (1.5) где с = 3 1О м/с — скорость света в вакууме, для границ видимого диапазона получаем: в и = (4 — г8).10те Гц, (1.6) го = (2,5«-5,0) 10гт с ' (1.7) Оптический и другие диапазоны злеитрпиагннтных волн. Теоретически мыслимым является существование всех частот от ч = 0 до и = .

Однако корпускулярные свойства излучения наклалывают на эти возможности ограничения. Как показывается в квантовой теории, электромагнитное излучение существует в виде «порций» энергии (квантов). Энергии кванта излучения связана с его частотой формулой (1.8) Е=йщ=йи, где )т=6,62.10 з7 Дж с — постоянная Планка; Н=/г/(2к) = 1,05.10 ~ Дж.с называется также постоянной Планка (новой).

Обе эти величины встречаются одинаково часто в зависимости от обстоятельств. Как видно (в !.8), постоянную Н удобно выбирать в случке оперирования с круговыми частотами, в Ь вЂ” при использовании частот ю Иэ (1.8) Спсдуст, ЧтО бЕСКОНЕЧНЫЕ ЧаетОтЫ И=оэ НЕВОЗМОЖНЫ, ПОСКОЛЬКУ СООтВЕтСтауЮщИЕ кванты. излучения обладали бы бесконечной энергией. Соотношение (1.8) также дает ограни-, чение на малые частоты, если-существует минимально возможное значение энергии кванта Ео. А это означает, что и частота не может быть меньше чо =Ео/6. В насте"п1ее "Рема в физике нет никаких свидетельств ограничения снизу энерпги фотонов электромагнитного излучения.

Следовательно, частоты электромагнитных волн не ограничены снизу. Минимальная частота (около 8 Гц) наблюдается в стоячих электромагнитных волнах между ионосферой и земной поверхностью. Отсюда можно заключить [см. (1.8)[, что минимальная энергия квантов электромагнитного излучения по крайней мере меньше 1(увз Дж. Гамма-излучение Излучение: >1 МэВ <0,00!2 нм з Песету кзлуеепее Селццз 0,0012 — 12 нм 12 — 380 нм !ОО эв — ! Мэв 3,2 — 100 эВ 1,6 — 3,2 эВ 12.ю-з 16эВ <1„2 10 эВ реитгсвовское ультрафиолетовое 380 †7 пм 760 — 10' им=! мм инфракрасное Радиоволны >! мм ф Алммы «оп» пмдмпого дмопозомо заки зацепы прлмермо ° проделок О.Зев Еда лкм.

о олтпеескпя дмопозом включает также л пмфрпкрпслую м ультрафмолетовую области спектре. Вмдммыя дмапозом молволее подкодлт длл зраков потому, что цо лемешев дпмпы волн дмем веллзл поверкместл Волом лрллодмтсл слмозком молол доил змергмм, о мп вольшпк дпммок волн еремою мешагот лзумм. П Какие кзлекеккк претерпевает сопкеемьы спектр пук прохождении через атмосферу! Укажмте границы вкдккого дкапазоке по частатол к круговое честател. укажете громкцы апткческага дкапозомо длин волк. Всевозможные частоты электромагнитных волн подразлеляются на следующие диапазоны: Каждый из диапазонов имеет свои характерные особенности.

С увеличением частоты волн усиливается проявление корпускулярных свойств излучения. Волны разных диапазонов различаются также методами генерации излучения. Каждый из диапазонов служит предметом изучения соответствующего раздела физики. Видимый диапазон и примыкающие к нему диапазоны ультрафиолетового и инфракрасного излучений в совокупности составляют диапазон электромагнитных воык изучаемый в оптике. Кванты излучения видимого диапазона называются фотонами. Они имеют знерпло в интервале Е =(2,6 —:5,2)' !О 'в Дж = 1,6 —: 3,2 эВ.

(1.9) Почему мы видим нмеию в видимом днапазоне7 При температуре выше 0 К все материальные тела излучают электромагнитные волны, которые поглощаются и отражаются (рассеиваются) материальными телами. Интенсивность излучения отражения и поглощения зависит от частоты излучения, температуры, свойств вещества и других факторов. Наиболее интенсивным источником электромагнитного излучения, определяющим «радиационную обстановку» вблизи земной поверхности, являешься Солнце. Температура поверхности Солнца составляет около 6000 К.