Volnovaya_optika_2 (Физика лекции 3 сем), страница 3

На эти максимумы и минимумы накладываются минимумы,возникающиепридифракцииототдельнойщели.Второстепенныемаксимумы слабы по сравнению с главными максимумами. Они создаютболее или менее равномерный слабый фон. На нём выступают узкие и резкие17главные максимумы, в которых концентрируется практически весьдифрагированный свет.Наэтимаксимумыиминимумынакладываютсявозникающие при дифракции от отдельной щели.минимумы,Наиболее яркимиполучаются максимумы в пределах центрального максимума при дифракцииот одной щели.Пунктирнаяумноженную накриваяизображаетинтенсивностьотодной щели,N2.Дифракционная решётка как спектральныйприборРешётка в каждом порядке т  0 разлагает падающий на неё свет вспектр различных порядков (наибольшее отклонение в каждом порядкеиспытывает красная часть спектра).Основными характеристиками любого спектрального прибора являютсяугловая дисперсия, разрешающая способность и область дисперсии.1.

Угловая дисперсияD характеризует степень пространственного(углового) разделения волн с различными длинамиD  dd ..По определению,Дифференцируяd sin т  mформулу18получаемd  cos т d  m  d , откудаdmd d cos  m .2. Разрешающая способность R. По определению,R ,где  наименьшая разность длин волн спектральных линий, при которойэти линии воспринимаются ещё раздельно, т.е.

разрешаются.Согласно критерию Рэлея , спектральные линии с разними длинамиволн, но одинаковой интенсивности, считаются разрешёнными, если главныймаксимумоднойспектральнойлиниисовпадает с первым минимумом другой.Между двумя максимумами возникаетпровал,составляющийоколо20%отинтенсивности в максимумах, и линии ещёвоспринимаются раздельно.

В этом случаесправедливо соотношениеR  m  N .Для повышения разрешающей способности нужно увеличивать числоштрихов N в решётке и повышать порядок m .3. Область дисперсии  т это ширина спектральногоинтервала, при которой ещё нет перекрытия спектров соседних порядков.Дляисследованияизлучения,занимающегодостаточноширокий19спектральный интервал, работают со спектрами низких порядков (обычновторого или третьего).Дифракция от пространственной решёткиПространственнойилитрёхмерной дифракционной решёткойназывают такую оптически неоднородную среду, неоднородности которойпериодически повторяются при изменении всех трёх пространственныхкоординат.Пример такой решётки - кристаллическая решётка твёрдого тела.Частицы, находящиеся в узлах этой решётки (атомы, молекулы или ионы),играютрольупорядоченнорасположенныхцентров,когерентнорассеивающих падающую на них электромагнитную волну.Постоянные кристаллических решёток значительно меньше длины волнывидимого света ( d ~ 0,5 нм, ~ 500 нм ), поэтому для видимого светакристаллы являются оптически однородными средами (не рассеивающими),но кристаллы представляют естественные дифракционные решётки длярентгеновского излучения.По методу, предложенному англичанином Брэггом и русским учёнымЮ.В.Вульфом, дифракцию рентгеновского излучения в кристалле можнорассматриватькакрезультатпараллельныхкристаллическихзеркальногоплоскостей,отражениявоткоторыхсистемылежатузлыкристаллической решётки.Вторичные волны, отразившисьот разных плоскостей, когерентны ибудутинтерферироватьмеждусобой.Направления,вкоторых20возникают дифракционные максимумы, определяется формулой БрэггаВульфа:2d sin   m  ,m  1, 2, 3, ...Дифракция рентгеновских лучей от кристаллов находит два основныхприменения.1.

Рентгеновская спектроскопия. Определяя направления максимумов,получающихся при дифракции исследуемого рентгеновского излучения откристаллов с известной структурой, можно вычислить длины волн.2. Рентгенно-сруктурный анализ (изучение структуры кристаллов).Дифракционная картина, зафиксированная на фотоплёнке, называетсярентгенограммойобразца.Расшифровкарентгенограммыпозволяетопределить структуру кристалла.Лекция 16Поляризация светаСвет, испускаемый обычными (нелазерными) источниками, представляетсобой набор множества цугов волн, электрические векторы которыхЕколеблются вдоль всевозможных направлений, перпендикулярных лучу.Свет называют естественным или неполяризованным, если ни одно изуказанных направлений колебаний не является преимущественным.Светназываютчастично-поляризованным,есливнёмимеетсяпреимущественное направление колебаний вектора Е .Если колебания светового вектора происходят только в одной,проходящей через луч плоскости, свет называютполяризованным.плоско или линейноУпорядоченность направления вектора Е может заключаться в том, чтовектор Е поворачивается вокруг луча так, что его амплитуда одновременно21изменяется по величине.

В результате конец вектора Е описывает эллипс.Такой свет называют эллиптически поляризованным.Естественныйпредставитьсветкакможносуммунекогерентныхдвухплоско-поляризованныхволнсортогональнымивзаимноплоскостямиполяризации.Из естественного света можно получить плоско-поляризованный спомощью приборов, которые называются поляризаторами. Их действиеосновывается на поляризации света при его отражении и преломлении награнице раздела двух диэлектрических сред, а также на явлениях двойноголучепреломления и дихроизма.Поляризаторы свободно пропускают колебания светового вектора,параллельные плоскости, которую называют «плоскостью пропусканияполяризатора».Колебания,перпендикулярныекэтойплоскости,задерживаются полностью или частично.Степень поляризацииЧастично-поляризованный свет можно представить в виде наложениядвухнекогерентныхперпендикулярнымиплоско-поляризованныхплоскостямиполяризации,волнносвзаимноразнымипоинтенсивности.

Его также можно рассматривать как сумму естественной(ест) и плоско-поляризованной (пол) составляющих.22Степень поляризации:PI МАКС  I МИН I ПОЛI МАКС  I МИНI0,гдеI ПОЛ  интенсивность поляризованной составляющей;I 0  I МАКС  I МИН полная интенсивность частично-поляризованногосвета.Для плоско-поляризованного света( I ПОЛ  I 0 ) степень поляризацииP 1.Для естественного света ( I ПОЛ  0) получаем P  0 .Дляэллиптически-поляризованногосветапонятие«степеньполяризации» не применимо.Закон МалюсаПоляризаторы можно использовать и в качестве анализаторов – дляопределения характера и степени поляризации света.Пустьнаанализаторпадаетлинейно-поляризованный свет, вектор Е Р которого составляетугол  с плоскостью пропускания P  Р (имеется ввиду амплитудное значение вектора Е Р ).Анализатор пропускает только ту составляющуюЕвектора Р , которая параллельна плоскости пропускания23ЕII  EP cos  .Так какI ~ E 2 , то интенсивность, прошедшего через анализатор света(закон Малюса)I a  I P cos 2 Если поставить на пути естественного света поляризатор, то изполяризатора выйдет плоско-поляризованный свет, интенсивность которого1I Р  I ЕСТ  cos 2   I ЕСТ .2Через поляризатор и анализатор проходит свет с интенсивностью1I a  I ЕСТ cos 2  .2Максимальная интенсивность  0 , а приI МАКС1 I ЕСТ2получается при   2 интенсивность равна нулю, т.е.

скрещенныеполяризаторы свет не пропускают.Вращая поляризатор вокруг направления эллиптически-поляризованногосвета интенсивность анализируемого света изменяется в пределах отдоI МАКСI МИН .Поляризация при отражении и преломленииПри отражении от проводящей поверхности (металлического зеркала)получается эллиптически-поляризованный свет.При падении света на границу раздела двух диэлектриков (например, извоздуха на поверхность стеклянной пластинки) под углом отличным от нуля,отражённый и преломлённый лучи оказываются частично поляризованными.24Вотражённомлучепреобладаютколебания,перпендикулярныекплоскости падения, в преломлённом луче – колебания, параллельныеплоскости падения.Закон Брюстера: отражённый свет полностью линейно-поляризован приугле падения равным углу Брюстера  Бр, который удовлетворяетусловиюtgБр  n21 n2n1 ,гдеn2 отношение показателей преломленияn1второй среды и первой.При  Бротражённыйипреломлённыйлучивзаимноперпендикулярны.Проходящий свет поляризован лишь частично.Степень поляризации проходящего света можно повысить, подвергая егоряду последовательных отражений и преломлений.

Это осуществляется встопе, состоящей из нескольких одинаковых и параллельных друг другупластин из прозрачного диэлектрика, установленных под углом Брюстера кпадающему пучку света ( стопа Столетова). Если число пластиндостаточно велико, то проходящий через стопу свет оказывается практическитоже линейно-поляризованным. В отсутствии поглощения света в стопеIР 1I ЕСТ .2Идея стопы нашла высокоэффективное использование в газовых лазерах,где торцы разрядной трубки представляют собой плоскопараллельныестеклянные пластинки, расположенные под углом Брюстера к оси трубки.25Поляризация света при двойном лучепреломленииПри прохождении света через все прозрачные кристаллы кромекристаллов, принадлежащих кубической системе, наблюдается явление,получившее название двойного лучепреломления.Вкристаллеобразующихсяодинизприлучепреломлении,подчиняетсялучей,двойномобычнымзаконам преломления света.

Его называютобыкновенным лучом и обозначают буквойо.Для другого луча, который называютнеобыкновенным (его обозначают буквойе), отношение синусов углападения и угла преломления не остаётся постоянным при изменении углападения. Даже при нормальном падении света на кристалл необыкновенныйлуч отклоняется от нормали и не лежит, как правило, в плоскости падения.Обыкновенный и необыкновенный лучи линейно поляризованы вовзаимно перепндикулярных направлениях.