Калитеевский Н.И. - Волновая оптика (1070655), страница 51
Текст из файла (страница 51)
В той же плоскости помещают круглую диафрагму, вырезающую заданную часть центрального интерференционного кольца. Чем меньше диафрагма, тем лучше разрешение, нотогда через нее проходит мало света и возникают трудности в обеспечении хорошего сигнала над уровнем шумов фотоумножителя. Обычно используют диафрагмы, выделяющие меньше одной десятой интерференционной полосы. Приведенная на рис.
1.9 структура зеленой линии ртути получена при использовании спектрометра с интерферометром Фабри — Перо (1 = 3,6 мм; зеркала очень высокого качества). Полное изложение такой методики исследования спектров и связанных с этим проблем содержится в обзоре'. Своеобразной модификацией ннтерферометра Фабри — Перо является сферический интерферометр, который был введен в практику спектроскопии П. Конном. Этот интерферометр состоит из двух вогнутых зеркал одинакового радиуса кривизны, расположенных так, что фокусы зеркал совмещены — «конфокальная» установка. Мы упоминаем о сферическом интерферометре, так как он послужил прототипом современного резонатора для газового лазера.
Вопрос о внедрении радиофизических понятий в оптику представляет несомненный интерес. А. М. Прохоров, по-видимому, первым указал, что интерферометр Фабри — Перо является своеобразным резонатором высокой добротности для оптического диапазона. Первый газовый лазер, осуществленный в 1961 г. Джаваном и др., представлял собой газоразрядную трубку с неон-гелиевой смесью, помещенную внутрь интерферомегра с плоскими зеркалами с очень высоким коэффициентом отражения (Я ) 99»4).
В последующих экспериментах был использован резонатор со сферическими зеркалами, так кака этомслучае необходимая точность юстировки и требования к точности обработки зеркал значительно ниже, а стабильность системы заметно выше. Теперь почти все газовые лазеры имеют резонаторы со сферическими зеркалами, причем соотношение радиусов кривизны зеркал варьируется в широких пределах.
При этом получается заметно большая расходимость лазерного излучения, чем в резонаторе с плоскими зеркалами, что легко исправить фокусирующей системой. Теорией оптических резонаторов занимаются многие ученые. При ее построении необходим учет потерь света, выходящего при многократных отражениях за пределы зеркал резонатора (дифракционные * См.: К алитеевский Н. И., Чайка М. П. Интерферометр Фзбри — Перо н некоторые его приложения и спектроскопии.
— В сбл Спектроскопии плазмы. М., «Наука», 1збз. 203 потери; см. гл. 1/!). Она существенно отличается от элементарной теории интерферометра Фабри — Перо, в которой надобность в учете дифракционных потерь возникает лишь в тех редких случаях, когда отношение расстояния между зеркалами к их диаметру достаточно велико. В заключение остановимся на принципе действия интерференционных фильтров, получивших за последние годы широкое распространение.
Интерференционный фильтр — это устройство, позволяющеепропустить значительную часть светового потока в определенной области длин волн. Ширина полосы пропускания 6Л обычно составляет несколько десятков ангстрем. Принцип действия подобного фильтра понятен, если представить себе интерферометр Фабри — Перо с очень малым расстоянием 1 между плат/ ср стивами. Для получения необходимых оценок обратимся к выражениям (5.83) и (5.85): 1 = пг)ь/2 =- Ла/ (2АЛ). ха Если, например, область сво- бодной дисперсии ЬЛ = 250 А, Рнс. 5.65. Пол ы пропусканнв интерферометра Ф рн †Пе малой толпгнны, испол емого в качестве нн- 1 5.10 е см. терфере ионного фильтра Итак, толщина 1 интерферометВсе ноеочнме самумы (1ьсьна1ь гне н ра оказалась совсем небольшой. Ь 2, З..,З г тся стеклянными фильтремн Она составляет около десятка длин волн Л. Такой интерферометр эквивалентен ф ьтру, пропускающему излучение в интервале 6Л вблизи длины волн Л. Однако готовить интерференционный фильтр совсем не просто, особенно е необходимо подогнать толщину 1 так, чтобы фильтр преимущест нно пропускал свет вблизи заданной длины волны Л,.
Следует та е учитывать, что интерферометр подобного типа будет пропускать ет не только с длиной волны, близкой к Л„но и близкой к Л,.+. АЛ, -ь 2АЛ и т. д. Иными словами, возникает система максимумов (р 5.65), ширина 6Л которых определяется коэффициентом отражения ркал интерферометра. Побочные максимумы обычно гасят подбо м соответствующих стеклянных фильтров, что, конечно, приводит к отере части светового потока в основной полосе.
Так, например, и 6Л ж 50 А редко удается пропустить более 70ев излучения, хот для изготовления фильтров, как правило, используются непоглощаю ие диэлектрические слои, для которых, как известно, (1нр/1„и) -ь. . Отделение побочных максимумов затрудняет получение интерг) енционных фильтров с очень малой шириной полосы пропускани Так, например, если использовать в качестве такого фильтра ин рфсрометр Фабри — Перо с толщиной 1 ж 5 мм, то необходимо отд нть максимумы, отстоящие один от другого на АЛ ж 0,25 А, о практически невозможно, ГЛАВА Ч! ДИФРАКЦИЯ СВЕТА Внимательное изучение распределения освещенности на границе между снегом и тенью от предметов различной формы Г>ке давно привело ученых к предтавлеии«о о возможности огибания препятствий светом.
Впервые на зти явления >братил внимание знаменитый художник и естествоиспытатель Леонардо да Винчи (1452 — 1519), а в 1665 г. более подробно их описал Гримальди. Впрочем, «х наблюдения, по-видимому, не были язвестны Гюйгенсу, так как он, конечно, «оспользовался бы ими в качестве дополнительного довода в пользу волновой «рироды света в своей монографии, относящейся к !678 г.
Но .наченне днфракции света отнюдь не исчерпываегся исследованием гаких переходных областей. При изложении оптяки неи>бе>кно возникает проб«ема, как согласовать волновую теорию, прекрасно оправдавшу«о себя при >бъясненин широкого класса различных задач, с безусловной справедливостью «оложеинй геометрической оптики, оперирующей предо«авленнями о прямоли«ейно распрос«раняющихся в однородной среде лучах света.
Казалось бы, что ю многих случаях повседневный опыт вступает в противоречие с данными теории «соикого зксперимента. Мы увидим, что теория дифракции полностью объясняет >ти кажущиеся парадоксы и в ней вскрывается глубокий смысл предельного «ерехода от волновой к геометрической оптике. На первый взгляд может создаться впечатление, что дифракция существен- «а лишь для достаточно длинных волн (УКВ-диапазон), а в оптическом диапа>оне встречается чрезвычайно редко.
Иногда говорят, что в оптической области «адо искать дифракцию, а в области радиоволн надо искать способы избавиться >т етого явления. Это, конечно, верно, но ие следует забывать, что именно в оп. гической области применение теории днфракцпн необходимо для исследования >рннцнпов действия и предела возможностей всех оптических и спектральных >риборов, а наличие естественных зкранов, размеры которых того же порядка, «то и длина волны света, характерно для всех оптических вкспернментов на мо«екуляриом уровне. Таким образом, исследование дифракции световых волн совершенно необходимо. Строгая теория зтого явления весьма сложна. Мы ограничимся подробным обсуждением исходных предпосылок и ях следствий (принцип Гюйгеиса— френеля) и уделим внимание приложению теории к решению ряда задач, имеющих принципиальное значение.
й 6.1. ПРИНЦИП ГЮИГЕНСА — ФРЕНЕЛЯ И НЕКОТОРЫЕ ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ Изложение лрин«(ипа Гю«Угенса — Френеля в данном параграфе существенно отличается от приведенного в 2 3.3, где положение волнового фронта в последующие моменты времени определялось как огибающая элементарных сферических волн, излучаемых каждой точкой, до которой дошел фронт в данный момент (принцип Гюйгенса). Никакой интерференции между этими сферическими волнами Гюйгенс не учитывал, да и вообще не принимал во внимание фазовых соотношений. Поэтому принцип Гюйгенса в его первоначальной форме не мог служить основой волновой оптики. Потребовалось значительное время, чтобы после принципиальных дополнений Френеля оказалось возможным применить его для истолкования дифракции.
Изложим идею 205 принципа Гюйгенса — Френеля в тех терминах и понятиях, которые соответствуют основной задаче курса, посвященного электромагнитной теории света. Строгая математическая формулировка этого принципа, данная Кирхгофом, здесь не приведена". Окружим исследуемый источник электромагнитных колебаний 5 воображаемой поверхностью а и рассмотрим возмущение в точке Р, находящейся вне указанной поверхности (рис. 6.1), как результат совместного действия всех элементов Ы. Таким образом, в точке Р изучается суперпозиция вторичных сферических волн, излучаемых всеми элементами поверхности о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
