lect6opt (Лекции Огурцова (PDF)), страница 4

Вращение плоскости поляризации.Некоторые вещества (например, кварц, сахар, скипидар), называемыеоптически активными, обладают способностью вращать плоскостьполяризации. Угол поворота плоскости поляризации ϕ = α ⋅ d , где d – толщинаслоя вещества, α – удельное вращение – угол поворота плоскостиполяризации слоем оптически активного вещества единичной толщины. При−2этом α ~ λ 0 – закон Био ( λ 0 – длина волны света в вакууме). Для растворовугол ϕ зависит еще и от концентрации c раствораϕ = α⋅c⋅d .Если между скрещенными поляризатором P и анализатором A поместитьоптически активное вещество, то полезрения анализатора просветляется.Поворачиваяанализаторможноопределить угол ϕ , при котором полезрения вновь становится темным –угол поворота плоскости поляризации оптически активным веществом.

Взависимости от направления вращения, оптически активные веществаразделяются на право- и левовращающие. В первом случае плоскостьполяризации, если смотреть навстречу лучу, смещается по часовой стрелке, вовтором – против.Оптическая активность обусловливается: 1) строением молекул вещества(их асимметрией); 2) особенностями расположения частиц в кристаллическойрешетке.Эффект Фарадея – вращение плоскости поляризации в оптическинеактивных телах помещенных во внешнее магнитное поле. Угол поворотаплоскости поляризации ϕ = VHd , где H – напряженность внешнего магнитногополя, d – толщина образца, V – постоянная Верде, зависящая от природывещества и длины волны света.Квантовая природа излученияКвантовая оптика – раздел оптики, занимающийся изучением явлений,в которых проявляются квантовые свойства света.36. Виды оптических излучений.Колебания электрических зарядов, входящих в состав вещества,обусловливают электромагнитное излучение, которое сопровождается потерейэнергии веществом.При рассеянии и отражении света формирование вторичных световыхволн и продолжительность излучения веществом происходит за время,сравнимое с периодом световых колебаний.Если излучение продолжается в течение времени, значительнопревышающем период световых колебаний, то возможны два типа излучения:1) тепловое излучение и 2) люминесценция.Равновесным состоянием системы тело-излучение является состояние,при котором распределение энергии между телом и излучением остаетсянеизменным для каждой длины волны.

Единственным видом излучения,которое может находиться в равновесии с излучающим телом, являетсятепловое излучение – свечение тел, обусловленное нагреванием.Оптика6–246–933. Поляризационные призмы и поляроиды.Явление двойного лучепреломления используется при изготовленииполяризационныхприспособлений – поляризационных призм иполяроидов. Например, в призмеНикóля – двойной призме изисландского шпата, склеенной вдольAB канадским бальзамом (n = 1,55)– обыкновенный луч ( n0 = 1,66)испытывает полное отражение (так как канадский бальзам для него средаоптически менее плотная), а плоскополяризованный необыкновенный луч(ne = 1,51) выходит из призмы.

(Оптическая ось призмы OO′ составляет свходной гранью угол 48º).Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма –различного поглощения света в зависимости от ориентации электрическоговектора световой волны. Дихроичные кристаллы используются припроизводстве поляроидов – тонких пластиковых пленок, в которые вкрапленыкристаллики веществ с сильно выраженным дихроизмом (например, герапатит)– такие пленки уже при толщине ~0,1мм полностью поглощают обыкновенныелучи видимой области спектра, являясь в таком тонком слое совершеннымполяризатором.34.

Искусственная оптическая анизотропия.Воптическиизотропныхвеществахвозможноиндуцироватьискусственнуюоптическуюанизотропиюподвоздействием:1) одностороннего сжатия или растяжения; 2) электрического поля (эффектКерра); 3) магнитного поля (эффект Коттона-Муттона). При этоминдуцированная оптическая ось совпадает с направлением деформации,электрического или магнитного полей.Эффект Керра – оптическая анизотропия веществ под действиемэлектрического поля – объясняется различной поляризуемостью молекулвещества по разным направлениям.Если приложить разность потенциаловкячейкеКерра–кюветесисследуемойжидкостью,котораяразмещенамеждускрещеннымиполяризатором P и анализатором A , ивкоторуюпомещеныпластиныконденсатора – то жидкость становится двоякопреломляющей и свет проходитчерез анализатор.

Разность показателей преломления обыкновенного и2необыкновенного лучей: ne − n0 = Bλ 0 E , где λ 0 – длина волны света ввакууме, E – напряженность электрического поля, B – постоянная Керра,которая зависит от температуры, длины волны света и природы вещества.Эффект Коттона-Муттона – магнитный аналог эффекта Керра —возникновение оптической анизотропии у некоторых изотропных веществ при21. Метод Юнга. Свет от ярко освещенной щелиS падает на две щели S1 и S 2 , играющие ролькогерентных источников. Интерференционная картинаBC наблюдается на экране Э .2. Зеркала Френеля.

Свет от источника Sпадаетрасходящимсяпучком на два плоскихзеркала A1O и A2 O , расположенных под малымуглом ϕ . Роль когерентных источников играютмнимые S1 и S 2 изображения источника S .Интерференционная картина наблюдается наэкране Э , защищенном от прямого попаданиясвета заслонкой З .3. Бипризма Френеля. Свет от источника Sпреломляется в призмах, в результате чего забипризмой распространяются световые лучи, какбы исходящие из мнимых когерентных источниковS1 и S 2 .4. Зеркало Ллойда.ТочечныйисточникSнаходится близко к поверхности плоского зеркала M .Когерентными источниками служат сам источник S и егомнимое изображение S1 .11. Расчет интерференционной картины от двух щелей.Две щели S1 и S 2 находятся на расстоянии d друг от друга и являютсякогерентными источниками. Экран Э параллеленd.щелям и находится от них на расстоянии lИнтенсивностьвпроизвольнойточкеAопределяется разностью хода Δ = s 2 − s1 , гдеs 22 = l 2 + ( x + d 2) 2 , s12 = l 2 + ( x − d 2) 2 , откудаs22 − s12 = 2 xd или Δ = s2 − s1 = 2 xd (s1 − s2 ) .Из ld следует s1 + s2 ≈ 2l , поэтому Δ = xd l .xdlПоложение максимумов:= ± mλ 0 ⇒ xmax = ± m λ 0 (m = 0,1, 2,…) .ldxd1⎞1⎞ l⎛⎛Положение минимумов:= ± ⎜ m + ⎟ λ 0 ⇒ xmin = ± ⎜ m + ⎟ λ 0 (m = 0,1,…)l22⎠d⎝⎠⎝Расстояние Δx между двумя соседними максимумами (минимумами)называется шириной интерференционной полосыΔx =lλ0 .dпомещении их в сильное внешнее магнитное поле.

При этом ne − n0 = C λ 0 H ,где H – величина напряженности внешнего магнитного поля, C – постояннаяКоттона-Муттона, которая зависит от температуры, длины волны света иприроды вещества.Интерференционная картина представляет собой чередование на экранесветлых и темных полос, параллельных друг другу.А.Н.Огурцов.

Физика для студентовОптика6–106–2312. Полосы равного наклона.Пусть из воздуха ( n0 = 1) на плоскопараллельную прозрачную пластинку споказателем преломления n и толщиной d под углом i падает плоскаямонохроматическая волна (рис. (а)). В точке O луч частично отразится (1), ачастично преломится, и после отражения на нижней поверхности пластины вточке C выйдет из пластины в точке B (2). Лучи 1 и 2 когерентны ипараллельны.

С помощью собирающей линзы их можно свести в точке P .Необходимо отметить важную особенность отражения электромагнитныхволн (и, в частности, оптических лучей) при падении их на границу раздела двухсред из среды с меньшей диэлектрической проницаемостью (а, значит именьшим показателем преломления): при отражении света от болееплотной среды ( n0 < n ) фаза изменяется на π . Изменение фазы на πравносильно потере полуволны при отражении. Такое поведениеэлектромагнитной волны на границе двух сред следует из граничных условий,которым должны удовлетворять тангенциальные компоненты векторовнапряженности электрического и магнитного поля на границе раздела:Eτ1 = Eτ 2 , H τ1 = H τ 2 . С учетом этого, оптическая разность ходаΔ = n(OC + CB) − (OA − λ0 2 ) .Используя sin i = n sin r (закон преломления), OC = CB = d cos rOA = OB sin i = 2d tg r sin i , запишемΔ−⎛ 1sin 2 r ⎞λ 0 2dn22=− 2dn tg r sin r = 2dn ⎜−⎟ = 2dn cos r = 2d n − sin i2 cos rcoscosrr⎝⎠В точке P будет интерференционный максимум, еслиλλ2d n 2 − sin 2 i + 0 = 2m 0 (m = 0,1, 2,…) .22В точке P будет интерференционный минимум, еслиλλ2d n 2 − sin 2 i + 0 = (2m + 1) 0 (m = 0,1, 2,…)22иТаким образом, дляданных λ 0 d и n каждомунаклону i лучей соответствует своя интерференционная полоса.

Интерференционныеполосы,возникающие в результатеналожения лучей, падающих на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами, называются полосами равного наклона.Интерферирующие лучи (например, 1’ и 1" на рис.(б)) параллельны другдругу, поэтому говорят, что полосы равного наклона локализованы в бесконечности. Для их наблюдения используют собирающую линзу и экран.Радиальная симметрия линзы приводит к тому, что интерференционнаякартина на экране будет иметь вид концентрических колец с центром в фокуселинзы.А.Н.Огурцов.