Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 107
Текст из файла (страница 107)
Френель изготовил параллелепипед из стекла с подходящим показате- 'Р 1р к/2 лем преломления, действующий ука- 9 1Р занным образом (рис. 24.5). Если Ец = Е; ~, то при полном в=1,50 ~р =54 37' внутреннем отражении )Е,1) = (Е„~~), и так как 6~~ — дз = л /2, то свет полу- Рис. 24.5. Параллелепипед Фре- чится поляризованным по кругу. Лег- неля 1 Л. ХХ1У. ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ 443 ко видеть, что для этой цели надо на, параллелепипед Френеля направить плоскополяризованный свет так, чтобы плоскость поляризации составила угол 45' с плоскостью падения.
Пластинка в четверть волны, осуществленная в виде параллелепипеда Френеля, конечно, менее удобна в обращении, чем соответствующие кристаллические пластинки. Она может, однако, иметь преимущество в том отношении, что сообщаемая ею разность фаз меньше зависит от длины волны, чем в случае обычных пластинок в четверть волны из слюды. Для этого нужно только в качестве материала выбрать стекло с малой дисперсией ~легкий крон), где и мало зависит от Л. й 139.
Исследование преломленной волны Для преломленной волны дело обстоит значительно сложнее. Как мы видели, закон преломления не дает в данном случае ответа на вопрос о направлении распространения преломленной волны, и поэтому нельзя говорить о преломленной волне в обычном смысле слова. Однако электрическое и магнитное поля волны не обрываются на границе раздела, а существуют и во второй среде. Исследование этих полей показывает, что по мере углубления во вторую среду они быстро убывают по экспоненциальному закону, и на глубине, сравнимой с длиной волны, амплитуды полей уменыпаются в несколько раз.
Такое их ослабление происходит яе вследствие поглощения света, ибо мы предполагаем обе среды вполне прозрачными, в соответствии с чем вся падающая энергия полностью отражается, возвращаясь в первую среду, Подробное теоретическое исследование этого вопроса, выполненное А.А. Эйхенвальдом на основе электромагнитной теории света., дало ясную картину движения энергии при явлении полного внутреннего отражения. Как показали эти исследования, движение энергии на гравице двух сред происхочит таким образом, что в среднем поток энергии, проникающий из первой среды во вторую, равен обратному потоку, причем места входа и выхода прямого и обратного потоков несколько смещены друг относительно друга вдоль границы раздела.
В результате имеется движение энергии вдоль границы раздела с выходом обратно в первую среду ). Во второй среде сколько-нибудь заметное поле захватывает лишь тонкий слой с толщиной, сравнимой с длиной световой волны и зависящей от угла падения у и показателя преломления и. ) В данном случае фронт волны во второй среде перпендикулярен к поверхности раздела двух сред, так что направление распространения фазы волны параллельно этой поверхности.
Вектор же Пойнтинга-Умова, вдоль которого движется энергия, последовательно изменяет свое направление, входя во вторую среду и вновь выходя нз нее. Поэтому напряженности Е и Н, перпендикулярные к этому вектору, не всюду строго перпендикулярны к направлению распространения волны, т.е, волна, во второй среде не поперечин (ср. сноску на с. 338). 444 ВАС11РОСТРАНЕНИЕ СВЕТА ЧЕРЕЗ ГРАНИНУ ДВУХ СРЕД ? ?Роцесс захода волны во вторую среду можно наблюдать экспериментально.
Толщина такого «освещенного > слоя тем больп1е, чем больше длина волны, и поэтому изучение его легче удается с длинными электромагнитными волнами. Так, Шеффер и Гросс, применяя электромагнитные волны с Л = ?5 см, наблюдали их полное внутреннее отражение при помощи парафиновой призмы. Они могли убедиться в существовании волнового поля и во второй среде (воздух), помещая воспринимающий прибор (детектор) достаточно близко к поверхности парафина. Квинке осуществил опыт со световыми волнами, основанный на описанном явлении, пользуясь следующим приемом. Так как световое поле во второй среде может достигать заметных размеров на расстояниях, меньших длины световой волны, то, делая прослойку этой второй среды (воздух) тоньше Л, мы заставим световое поле проникнуть при значительных еще амплитудах во второй слой стекла., где оно бу- ЛХ + + ~~ дет распространяться далыпе по у,.
+ + ФА1 обычным законам и может быть + ~ исследовано, как обычно. / Схема расположения опыта + Квинке дана па рис. 24.6. Чем меньше зазор д, тем больше света, проникает во вторую стеклянную пластинку МХ и из нее выРис. 24.б. Проникновение волны во ходит наружу. Меняя толщину с~, вторую среду. Схема опыта Квинке можно варьировать количество проходящего через всю систему света, т.е. модулировать его интенсивность. На этом принципе построен один из световых модуляторов. Изменение толщины зазора г1 делается под действием звуковых волн (речь).
Таким образом, модуляция интенсивности света происходит в темпе этих звуковых волн. Воспри- А пимая модулированный свет на фо- С Ф / тоэлемент. Мы получаем переменныи l электрический ток, который можно усилить и использовать для воспроизведения звука (световой телефон). — — —,у — у=— Другой. более простой и интересный метод исследования волны во второй среде был предложен Л.И. Мандельштамом и Зелени.
Рис 24.7. Проникновение волны Явление наблюдается на границе во вторую среду. Схема опыта между стеклом и жидкостью, в ко- ц?а, е,п щтам„Зе.1ени р, р, торой Растворено некоторое коли скрещенные светофильтры честно флуоресцирующего вещества. Волна, заходящая во вторую среду, в тонком слое (меньше Л) будет иметь еще значительную интенсивность и вызовет в нем заметную 445 гл. ххах, ООИОБЫ метАллООптики флуоресценцию.
Наблюдение флуоресцирующего слоя и является методом исследования интересующего нас явления. Схема опыта ясна из рис. 24.7. Пучок параллельных лучей падает на границу раздела стекло — флуоресцеин под углом, ббльшим предельного, и испытывает полное внутреннее отражение. Весь отраженный свет концентрируется в направлении МС, Х.0. Однако зеленоватый свет флуоресценции в слое жидкости, прилегающем к участку призмы МХ, виден и по иным направлениям, что служит доказательством флуоресценции тонкого слоя жидкости под действием зашедшей туда волны. Явление выступает еще отчетливее, если использовать два «скрещенных» фильтра Г1 и Г~, выбранных так, что через их последовательность свет от источника не проходит. По свет, прошедший через Г1, способен вызвать флуоресценцию с другим спектральным составом, чем возбудивший ее свет (закон Стокса, см.
~ 216). Этот измененный свет пропускается вторым фильтром Г2. Таким образом, скрещенные фильтры задерживают полностью свет от источника, но свет флуоресценции, возбужденный волной, зашедшей во вторую среду, явственно виден. Г л а в а ХХУ ОСНОВЫ МЕТАЛЛООПТИКИ 8 140. Характеристика оптических свойств металла Особенности отражения света от металлической поверхности обусловлены наличием в металлах большого числа электронов, настолько слабо связанных с атомами металла, что для многих явлений эти электроны можно считать свободными. Вторичные волны, вызванные вынужденными колебаниями свободных электронов, порождают сильную отраженную волну, интенсивность которой может достигать 95 Я~ (и даже больше) интенсивности падающей, и сравнительно слабую волну, идущую внутрь металла.
Так как плотность свободных электронов весьма значительна (порядка 10~~ в 1 смз), то даже очень тонкие слои металла отражают большую часть падающего па них света и являются, как правило, практически непрозрачными. Та часть световой энергии, которая проникает внутрь металла, испытывает в нем поглощение. Свободные электроны, приходя в колебание под действием световой волны, взаимодействуют с ионами металла, в результате чего энергия, заимствованная от электромагнитной волны, превращается в тепло. Таким образом, электромагнитная волна быстро затухает внутри металла, и обычно лишь очень тонкие слои металла играют роль во всем описанном процессе. Какая доля света не пропускается металлом вследствие отражения и какая задерживается в нем благодаря поглощению, зависит от его проводимости.
В идеальном проводнике, где потери на джоулево тепло вообще отсутствуют, поглощение равно нулю, так что падающий свет полностью отражается. Очень чистые серебряные пленки, при- 446 РАсн1'ОстРАнение спетА чеРез РРАнинУ ДБУх сРеД меняемые в интерферометрах Фабри — Неро, приближаются к этому идеалу. Удавалось изготовить пленки, у которых отражение достигало 98 — 99%, а поглощение составляло около 0,5%. Особенно высока отражательная способность (до 99,8%) такого хорошо проводящего металла, как натрий, и поглощение в нем соответственно незначительно. В металлах, хуже проводящих, например в железе, отражение может составлять всего лип1ь 30 — 40%, так что непрозрачная пленка железа толщиной не более доли микрона. поглощает около 60% падающего на.
нее света. Таким образом, характерная особенность металла, состоящая в его высокой отражательной способности и проявляющаяся в наличии особого «металлического» блеска, чистой (не покрытой окислалли) поверхности металлов, связана с электропроводностью металла. Чем больше коэффициент электропроводности, тем, вообще говоря, выше отражательная способность металлов. При сравнительно небольших частотах (инфракрасные лучи) оптические свойства металла обусловливаются главным образом поведением свободных электронов. Но при переходе к видимому и ультрафиолетовому свету начинают играть заметную роль связанные электроны, характеризующиеся собственной частотой, лежащей в области более коротких длин волн.
Участие этих электронов обусловливает, так сказать, неметаллические оптические свойства металла. Так, например, серебро, которое в видимой области характеризуется очень большим коэффициентом отражения (свыше 95%) и заметным поглощением, т.е.
типичными оптическими особенностями металла, в области ультрафиолета обладает резко выраженной областью плохого отражения и большой прозрачности; вблизи Л = 316 нм отражательная способность серебра падает до 4,2%, т.е. соответствует отражению от стекла. Ниже приведены коэффициенты отражения серебра (в процентах) для разных длин волн при нормальном падении: В соответствии с этими данными серебро в тонких слоях представляется на просвет фиолетовым. Точно так же тонкие слои щелочных металлов, совершенно непрозрачные для видимого света, прозрачны для ультрафиолета (заметная прозрачность начинается у цезия при Л = 440 нм, у рубидия при Л = 360 нм, у калия при Л = 315 нм, у натрия при Л = 210 нм, у лития при Л = 205 нм).
Вуду удалось даже обнаружить у этих металлов в ультрафиолетовой области угол Брюстера и вызывать при отражении от металла поляризацию естественного света. Полная теория прохождения света через металлы и отражения ох них должна учить1вать указанные особенности. Это тем более трудно, что электронная теория металлов требует применения квантовой механики. 447 Гл. ххах', ОснОБы метАллООптики ~ 141. Оптические постоянные металлов и их определение При упрощенной трактовке вопроса, основанной на электромагнитной теории Максвелла, задача сводится к учету проводимости металла, т,е, формально к введеник) в уравнения Максвелла членов, зависящих от коэффициента электропроводности о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
