Учебник - Оптика - Алешкевич В.А.

УДК 535(075.8)ББК 22.34я73А 45А л е ш к е в и ч В. А. Курс общей физики. Оптика. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. —320 с. — ISBN 978-5-9221-1245-1.Главная особенность учебника — многоуровневая концепция изложения важнейших экспериментальных фактов и основ теории физических явлений с учетом современных научныхдостижений.Книга включает следующие основные разделы: электромагнитная теория света, излучениесвета, интерференция, дифракция, дисперсия, оптические явления на границе раздела сред,геометрическая оптика, волны в анизотропных средах, рассеяние света, нелинейно-оптическиеявления, приемники света.Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Физика».Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовкии специальности «Физика».Р е ц е н з е н т ы:кафедра общей физики Костромского государственного университета им.

Н. А. Некрасова(зав. кафедрой проф. П. Н. Белкин);д-р физ.-мат. наук, проф. А. Н. Мансуров (Московский государственный педагогическийуниверситет)c ФИЗМАТЛИТ, 2010, 2011ISBN 978-5-9221-1245-1c В. А. Алешкевич, 2010, 2011ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅÓ÷åáíèê ÿâëÿåòñÿ âòîðîé êíèãîé ñåðèè «Óíèâåðñèòåòñêèé êóðñ îáùåé ôèçèêè» è ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ñòóäåíòîâ ôèçè÷åñêèõ ñïåöèàëüíîñòåé âóçîâ. Îí ñîîòâåòñòâóåò íîâûì ïðîãðàììàì, ðàçðàáîòàííûì íà ôèçè÷åñêîì ôàêóëüòåòå ÌÃÓèì. Ì.

Â. Ëîìîíîñîâà, è îòðàæàåò ñîâðåìåííûå òåíäåíöèè è òåõíîëîãèè ôèçè÷åñêîãî îáðàçîâàíèÿ.Ó÷åáíèê ñîñòîèò èç 25 òåìàòè÷åñêèõ ëåêöèé. Êàæäàÿ ëåêöèÿ ñîäåðæèò ìàòåðèàë êàê ïåðâîãî (áàçîâîãî) óðîâíÿ, òàê è âòîðîãî (ïðîäâèíóòîãî) óðîâíÿ,îòðàæàþùèé äîñòèæåíèÿ ñîâðåìåííîé îïòèêè.Èçëîæåíèå ìàòåðèàëà ïåðâîãî óðîâíÿ íà÷èíàåòñÿ, êàê ïðàâèëî, ñ îçíàêîìëåíèÿ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè ôàêòàìè, êîòîðûå çàòåì îáîáùàþòñÿ â âèäåôèçè÷åñêèõ çàêîíîâ è ñîîòíîøåíèé. Äëÿ áîëåå ãëóáîêîãî ïîíèìàíèÿ âîçìîæíîñòåé îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ èññëåäîâàíèÿ è èõ ìíîãî÷èñëåííûõ ïðàêòè÷åñêèõïðèëîæåíèé ïðèâîäèòñÿ áîëüøîå ÷èñëî êîëè÷åñòâåííûõ îöåíîê õàðàêòåðèñòèê(ñïåêòðàëüíûõ, ýíåðãåòè÷åñêèõ, ñòàòèñòè÷åñêèõ è äð.) èçëó÷åíèÿ ðàçëè÷íûõñâåòîâûõ èñòî÷íèêîâ è îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (ëèíç, ïðèçì, ðåøåòîê,ìíîãîñëîéíûõ äèýëåêòðè÷åñêèõ çåðêàë, àáñîðáöèîííûõ ñâåòîôèëüòðîâ è ïð.),îïòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ è ïðèåìíèêîâ ñâåòà.Ïðè îïèñàíèè îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñðåä òàêæå ïðèâåäåíû ìíîãî÷èñëåííûåêîëè÷åñòâåííûå ïàðàìåòðû è õàðàêòåðèñòèêè: ÷àñòîòû èçëó÷åíèÿ è ïîãëîùåíèÿ, ÷àñòîòíûå çàâèñèìîñòè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ è ñèëû îñöèëëÿòîðîâ,äèñïåðñèÿ ôàçîâîé è ãðóïïîâîé ñêîðîñòè, êîýôôèöèåíòû ïîãëîùåíèÿ è ðàññåÿíèÿ, ïëàçìåííûå äëèíû âîëí, êîíñòàíòû äëÿ îïòè÷åñêîé àêòèâíîñòè, ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî è êåðð-ýôôåêòà, âðåìåíà ðåëàêñàöèè, ëèíåéíûå è íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèå âîñïðèèì÷èâîñòè è ïð.Ìàòåðèàë âòîðîãî óðîâíÿ îòðàæàåò ñîâðåìåííûå íàó÷íûå äîñòèæåíèÿè çíàêîìèò ÷èòàòåëÿ ñ âûñîêîòåõíîëîãè÷íûìè îïòè÷åñêèìè ìåòîäàìè èññëåäîâàíèé.

 ÷àñòíîñòè, èçëîæåíî ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå ïðîáëåì ïî îñóùåñòâëåíèþ ëàçåðíîãî òåðìîÿäåðíîãî ñèíòåçà, îáíàðóæåíèþ ãðàâèòàöèîííûõ âîëíñ èñïîëüçîâàíèåì èíòåðôåðîìåòðè÷åñêèõ ìåòîäîâ, äîñòèæåíèÿ ñâåðõíèçêèõòåìïåðàòóð íà îñíîâå ëàçåðíîãî îõëàæäåíèÿ, ñîçäàíèþ ñðåä ñ îòðèöàòåëüíûìïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ, îáñóæäàþòñÿ ïðåäåëüíûå âîçìîæíîñòè ïîëó÷åíèÿñâåðõñèëüíûõ ñâåòîâûõ ïîëåé è ïðèíöèïèàëüíî íîâûå îïòè÷åñêèå ÿâëåíèÿ,ïðîòåêàþùèå â òàêèõ ïîëÿõ. ñâÿçè ñ íîâåéøèìè äîñòèæåíèÿìè â îáëàñòè ãåíåðàöèè ñâåðõêîðîòêèõñâåòîâûõ èìïóëüñîâ è øèðîêîãî èõ ïðèìåíåíèÿ íà ïðàêòèêå â êíèãå óäåëÿåòñÿâíèìàíèå ìåòîäàì ãåíåðàöèè ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ, êîìïðåññèè è èçìåðåíèþäëèòåëüíîñòåé ñâåðõêîðîòêèõ èìïóëüñîâ.Êðîìå òîãî, ïóòåì îáîáùåíèÿ äèôðàêöèîííîãî èíòåãðàëà Ôðåíåëÿ — Êèðõãîôà äëÿ èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿ ïîëó÷åí áîëåå ïðîñòîé (÷åì èñõîäíûé) äèôðàêöèîííûé èíòåãðàë, îïèñûâàþùèé äèôðàêöèþ ñâåòà ñ ïðîèçâîëüíûì ÷àñ3òîòíûì ñïåêòðîì.

Ïðîèëëþñòðèðîâàíû ïðèíöèïèàëüíûå îòëè÷èÿ íåñòàöèîíàðíîé èíòåðôåðåíöèè è äèôðàêöèè êîðîòêèõ ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ îò àíàëîãè÷íûõ ÿâëåíèé â ñëó÷àå ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ.Øèðîêîå èñïîëüçîâàíèå âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè ñòèìóëèðîâàëî îáñóæäåíèå âîïðîñîâ äèñïåðñèîííîãî ðàñïëûâàíèÿ èìïóëüñîâ, ìåõàíèçìîâ ôîðìèðîâàíèÿ ôàçîâî-ìîäóëèðîâàííûõ (÷èðïèðîâàííûõ) èìïóëüñîâè âîçìîæíîñòåé ðàñïðîñòðàíåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñîëèòîíîâ â îäíîìîäîâûõ âîëîêîííûõ ñâåòîâîäàõ.Äëèòåëüíûé îïûò ïðåïîäàâàíèÿ îáùåãî êóðñà ôèçèêè ïîêàçûâàåò, ÷òî ñòóäåíòû ïðåäïî÷èòàþò èìåòü ó÷åáíèê, â êîòîðîì â ïîëíîé ìåðå îñâåùåíû âñåîáñóæäàåìûå ïðîáëåìû.

Ññûëêè íà ìîíîãðàôèè è îðèãèíàëüíûå íàó÷íûå ñòàòüè ìàëîýôôåêòèâíû: ñòóäåíòû èõ, êàê ïðàâèëî, íå ÷èòàþò. Ïîýòîìó ó÷åáíèêñîäåðæèò äîñòàòî÷íî áîëüøîå êîëè÷åñòâî ìàòåðèàëà, çàèìñòâîâàííîãî èç ïîñëåäíèõ íàó÷íûõ ïóáëèêàöèé, ïåðåðàáîòàííîãî è àäàïòèðîâàííîãî ê ïîòðåáíîñòÿì èçëàãàåìîãî êóðñà.Ëåêöèè ñãðóïïèðîâàíû â 10 ðàçäåëîâ: ýëåêòðîìàãíèòíàÿ òåîðèÿ ñâåòà (ëåêöèè 1, 2); èçëó÷åíèå ñâåòà (ëåêöèè 3 — 7); èíòåðôåðåíöèÿ (ëåêöèè 8 — 10);äèôðàêöèÿ (ëåêöèè 11 — 14); äèñïåðñèÿ (ëåêöèè 15, 16); îïòè÷åñêèå ÿâëåíèÿíà ãðàíèöå ðàçäåëà ñðåä, ãåîìåòðè÷åñêàÿ îïòèêà (ëåêöèè 17, 18); âîëíû â àíèçîòðîïíûõ ñðåäàõ (ëåêöèè 19, 20); ðàññåÿíèå ñâåòà (ëåêöèè 21, 22); íåëèíåéíîîïòè÷åñêèå ÿâëåíèÿ (ëåêöèè 23, 24); ïðèåìíèêè ñâåòà (ëåêöèÿ 25).Êíèãà èëëþñòðèðîâàíà, íàðÿäó ñ ÷åðíî-áåëûìè, öâåòíûìè ôîòîãðàôèÿìèè ðèñóíêàìè, ñïîñîáñòâóþùèìè áîëåå íàãëÿäíîìó âîñïðèÿòèþ îïòè÷åñêèõÿâëåíèé â ñëó÷àå êâàçèìîíîõðîìàòè÷åñêèõ è ïîëèõðîìàòè÷åñêèõ èñòî÷íèêîâñâåòà.

Ïðèâåäåíû òàêæå ðåçóëüòàòû âûïîëíåííîãî íà êàôåäðå îáùåé ôèçèêèôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÌÃÓ èì. Ì. Â. Ëîìîíîñîâà êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ èíòåðôåðåíöèè ñâåòà ñ ðàçëè÷íûìè ñïåêòðàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè,ïðîñòðàíñòâåííîé ôèëüòðàöèè ïðè íàáëþäåíèè ôàçîâûõ îáúåêòîâ è äð.Ñ ãëóáîêîé ïðèçíàòåëüíîñòüþ àâòîð îòìå÷àåò ïîääåðæêó ìíîãèõ êîëëåã ïðèðàáîòå íàä ðóêîïèñüþ ó÷åáíèêà, ïðåäîñòàâèâøèõ ðÿä èíòåðåñíûõ èëëþñòðàòèâíûõ ìàòåðèàëîâ è îêàçàâøèõ ïîìîùü ïðè ïîäãîòîâêå ðóêîïèñè.

Ôîòîãðàôèè ëàçåðíûõ ñèñòåì, èñïîëüçóåìûõ â ó÷åáíîì ïðîöåññå íà êàôåäðå îáùåéôèçèêè è âîëíîâûõ ïðîöåññîâ ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÌÃÓ, âûïîëíåíû çàâåäóþùèì ïðàêòèêóìîì êàôåäðû äîöåíòîì È. Â. Ãîëîâíèíûì è ïðåäñòàâëåíûñ ðàçðåøåíèÿ çàâåäóþùåãî êàôåäðîé ïðîôåññîðà Â. À. Ìàêàðîâà; ôîòîãðàôèÿýêñïåðèìåíòà ïî ãåíåðàöèè ñóïåðêîíòèíóóìà â ìèêðîñòðóêòóðèðîâàííîì âîëîêîííîì ñâåòîâîäå, îñóùåñòâëåííîãî íà òîé æå êàôåäðå â ëàáîðàòîðèè ôîòîíèêè è íåëèíåéíîé ñïåêòðîñêîïèè, ïðåäîñòàâëåíà ïðîôåññîðîì À. Ì.

Æåëòèêîâûì; ýêñïåðèìåíòû ïî äèôðàêöèè ñâåòîâîãî ïó÷êà He-Ne-ëàçåðà íà àêóñòè÷åñêîé âîëíå â ïàðàòåëëóðèòå âûïîëíåíû â ëàáîðàòîðèè àêóñòîîïòèêè êàôåäðû ôèçèêè êîëåáàíèé ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÌÃÓ; äåáàåãðàììà ïðè äèôðàêöèè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ â ïîðîøêå òèòàíà ïîëó÷åíà íà êàôåäðå ôèçèêè òâåðäîãî òåëà ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÌÃÓ ñòàðøèì ïðåïîäàâàòåëåìÈ. Â.

Òåëåãèíîé; ôóíêöèÿ àâòîêîððåëÿöèè èíòåíñèâíîñòè ðàññåÿííîãî ñâåòàâ âîäå ñ ïîëèñòèðîëîâûìè øàðèêàìè çàïèñàíà è èññëåäîâàíà â ëàáîðàòîðèèñïåêòðîñêîïèè ìîëåêóëÿðíîãî ðàññåÿíèÿ ñâåòà êàôåäðû ôèçèêè ïîëèìåðîâè êðèñòàëëîâ ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÌÃÓ; ôîòîííûé êðèñòàëë, ôîòîãðàôèÿêîòîðîãî ïðèâåäåíà â ðàçäåëå «Ðàññåÿíèå ñâåòà», áûë èçãîòîâëåí â ëàáîðàòî4ðèè ôàêóëüòåòà íàóê î ìàòåðèàëàõ ÌÃÓ àñïèðàíòîì À. Ñ.

Ñèíèöêèì; ðåçóëüòàòû êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ è ðÿä öâåòíûõ ôîòîãðàôèé èíòåðôåðîãðàìì, äèôðàêöèîííûõ êàðòèí, äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ è äðóãèõ ÿâëåíèé,äåìîíñòðèðóåìûõ â ëåêöèîííîì ýêñïåðèìåíòå, ïîäãîòîâëåíû ñòàðøèì ïðåïîäàâàòåëåì êàôåäðû îáùåé ôèçèêè ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÌÃÓÀ. Â. Ñåëèâåðñòîâûì, â ýòîé ðàáîòå ïðèíÿëè ó÷àñòèå ñòóäåíòû È. À. Ãàæóð,Ñ. Ñ. Ïîëåâè÷ è À. Ä.

Øàëàãèí; ôîòîãðàôèè çàõîäÿùåãî Ñîëíöà ñäåëàíû ñòàðøèì ïðåïîäàâàòåëåì êàôåäðû îáùåé ôèçèêè Þ. À. Êîêøàðîâûì; ôîòîãðàôèèòåïëîâèçîðà è òåðìîêàðòà ïðåäîñòàâëåíû ÎÀÎ «ÏÅÐÃÀÌ-èíæèíèðèíã».Àâòîð âûðàæàåò áëàãîäàðíîñòü ñîòðóäíèêàì ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÌÃÓñòàðøåìó íàó÷íîìó ñîòðóäíèêó À. È. Àêèìîâó, ïðîôåññîðó Â.

È. Áàëàêøèþ,ïðîôåññîðó Â. Ì. Ãîðäèåíêî, ïðîôåññîðó Â. Ñ. Äíåïðîâñêîìó, ïðîôåññîðóÀ. Â. Êîçàðþ, äîöåíòó Ò. Â. Ëàïòèíñêîé, äîêòîðó ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóêÂ. Â. Ëåáåäåâîé, ïðîôåññîðó À. Í. Ïåíèíó, ïðîôåññîðó À. Ï. Ñóõîðóêîâó, ïðîôåññîðó Ô. ß. Õàëèëè çà ïëîäîòâîðíûå êîíñóëüòàöèè ïî âîïðîñàì, âõîäÿùèìâ îáëàñòü èõ ïðîôåññèîíàëüíûõ èíòåðåñîâ, à òàêæå êîëëåãàì À. Â. Ãðèãîðüåâó,È.

Â. Åôèìîâó, Í. Ã. Óâàðîâó è Ï. Â. ßêóíèíó çà áîëüøóþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêåðóêîïèñè ê èçäàíèþ.Èñêðåííþþ ïðèçíàòåëüíîñòü àâòîð âûðàæàåò êîëëåãå, äîöåíòó À. Ñ. Æóêàðåâóçà âíèìàòåëüíîå ïðî÷òåíèå ðóêîïèñè è ïîëåçíûå çàìå÷àíèÿ. Òàêæå àâòîð áëàãîäàðèò êîëëåêòèâ êàôåäðû îáùåé ôèçèêè Êîñòðîìñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà èì. Í.

À.Íåêðàñîâà è åå çàâåäóþùåãî ïðîôåññîðà Ï. Í. Áåëêèíà, ïðîôåññîðà Ìîñêîâñêîãî ïåäàãîãè÷åñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà À. Í. Ìàíñóðîâà, âçÿâøèõ íà ñåáÿ òðóä ðåöåíçèðîâàíèÿ ðóêîïèñè è äàâøèõ ïîëåçíûåñîâåòû ïî ñîäåðæàíèþ êíèãè è ìåòîäèêå èçëîæåíèÿ îòäåëüíûõ âîïðîñîâ.ÐÀÇÄÅË1ÝËÅÊÒÐÎÌÀÃÍÈÒÍÀß ÒÅÎÐÈß ÑÂÅÒÀËÅÊÖÈß 1Ñâåò — ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû. Îïòèêà (îò ãðå÷. optikh — ó÷åíèå î çðèòåëüíûõ âîñïðèÿòèÿõ) — íàóêà, èçó÷àþùàÿ ïðèðîäó îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ(ñâåòà), åãî ðàñïðîñòðàíåíèå è âçàèìîäåéñòâèå ñ âåùåñòâîì. Âîïðîñ î ïðèðîäåñâåòà âîçíèê åùå â äðåâíèå âåêà, êîãäà àíòè÷íûå ìûñëèòåëè ïûòàëèñü ïîíÿòüñóùíîñòü îïòè÷åñêèõ ÿâëåíèé. ×åëîâå÷åñòâó ïîíàäîáèëîñü áîëåå äâóõ òûñÿ÷åëåòèé, ÷òîáû óñòàíîâèòü ýëåêòðîìàãíèòíóþ ïðèðîäó ñâåòîâûõ âîëí.Ñåé÷àñ íåîñïîðèìî óòâåðæäåíèå, ÷òî îïòè÷åñêîå èçëó÷åíèå ïðåäñòàâëÿåòñîáîé ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû.