Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 27
Текст из файла (страница 27)
5.1). Необходимым условием отражения, т.е. изменения направления распространения на противопо- ложное, Н сг >с1 Рис. 5.1. Расположение векторов Е, Н и ъ в падающей (а) и в отраженной (6) волнах является изменение направления одного из векторов Е или Н на противоположное. Действительно, ведь в бегущей волне, образовавшейся в результате отражения, векторы Е, Н и ~ вновь должны образовывать правовинтовую систему, а так как при отражении изменилось направление ч, то один из векторов Е или Н также должен скачком переменить свое направление, т.е. получить добавочное изменение фазы на т, или, как говорят, испытать потерю полуволны. В зависимости от условий на границе, где происходит отражение, эта потеря будет иметь место для того или другого вектора.
Мы подробнее рассмотрим этот вопрос для электромагнитных (световых) волн в гл. ХХШ, пока же ограничимся лишь указанием, что для электромагнитных волн о = О для магнитного вектора и б = я для электрического вектора, если диэлектрическая проницаемость второй среды яе болыпе, чем вввдкнив диэлектрическая проницаемость первой я~, т.е.
если с~ > я1. Наоборот, при яг С с1 отражение сопровождается гютерей полуволны для магнитного вектора, а электрический сохраняет свою фазу неизменной (см. рис. 5.1). Это различие в о ведет к тому, что узлы одного из векторов совпадают с пучностями другого, что показано на рис, 5.2. Рис. 5.2. Стоячая электромагнитная волна Из рассмотрения члена в1п (ый + 6/2) нетрудно видеть, что моменгпы прохождения через максимум вектора Е и вектора Н также отличаются друг от друга на четверть периода. Эти особенности стоячей волны приводят к тому, что в ней мы не имеем непрерывного движения энергии в направлении распространения волны, как в волнах бегущих; энергия стоячей волны локализована и переходит от области пучности Е (где она имеет форму электрической) к области пучности Н (т.е. обращается в магнитную) и обратно. Таким образом, вместо течения энергии мы имеем дело с колебаниями ее, сопровождающими переход энергии из одной формы в другую.
Это обстоятельство и повело к появлению термина ~стоячая волна>>. Стоячие волны можно, конечно, наблюдать не только при отражении волн, но и всякий раз, когда навстречу друг другу идут две когерентные волны одинаковой амплитуды. Простейший практический прием реализации этого условия есть отражение волны. Из изложенного выше следует, что в зависимости от условий опыта можно заранее предвидеть, где расположатся узлы электрического и магнитного векторов. Этим обстоятельством можно воспользоваться, чтобы на опыте решить вопрос о том, какой из двух векторов„составляющих световую волну, электрический или магнитный, производит непосредственное действие на болыпинство приборов, предназначенных для обнаружения света (глаз, фотографическая пластинка, флуоресцирующий экран, фотоэлемент и т.д.).
Соответствующий опыт для исследования действия света на фотографическую эмульсию был выполнен Винером (1890 г.). Идею Винера легко понять, вообразив следующий опыт. Представим себе слой фотографической эмульсии, налитой на зеркальную металлическую поверхность. Падающий нормально на зеркало сквозь эмульсию моно- хроматический (приблизительно) свет отражается от металлического зеркала и дает систему стоячих волн, причем ближайший к зеркалу (первый) узел электрического вектора расположится на.
поверхности зеркала, ибо в случае отражения от металла меняет фазу именно элек- ГЛ. Ъ'. СТОЯЧИЕ СВЕТОВЫЕ ВОЛИЫ 107 трический вектор., первый узел магнитного вектора расположится на расстоянии в четверть световой волны от нее. В толще фотографической эмульсии поле световой волны будет представлено системой узлов и пучностей напряженностей электрического и магнитного полей с соответствующими переходами от узлов к пучностям.
Фотографическое действие связано с воздействием электромагнитных сил на бромистое серебро, представляющее собой светочувствительную компоненту фотографической эмульсии. В соответствии со слоистым распределением в пространстве амплитуд напряженностей электрического и магнитного полей разложение бромистого серебра должно произойти также слоями: максимум разложения (по- чернения пластинки) должен приходиться на слои, соответствующие максимальным значениям этих амплитуд. Если фотографическое действие вызывается электрическим вектором, то, очевидно, на поверхности зеркала разложения бромистого серебра не должно быть и первый черный слой должен образоваться на расстоянии четверти волны от поверхности зеркала и далее через каждые полволны. Если же определяющую роль играет магнитный вектор, то первый слой выделившегося серебра должен лежать в области первой его пучности, т.е.
на поверхности зеркала. Опыт должен состоять в установлении распределения слоев выделившегося серебра в толще эмульсии. Трудность этого наблюдения, связанную с малыми расстояниями между пучностями и узлами, Винер обошел, М применив прием «малого наклона», впервые указанный Ньютоном (см. ~ 26). Система стоячих волн получалась Винером ! ! ! ! в воздухе при отражении монохроматиче- (р ! ! ! скОГО света От металлическОГО зеркала.
На рис. 5.3, представляющем схему подобного опыта, показано положение очень тонкого (около Л/20) светочувствительного слоя, образующего малый угол у с поверхностью зеркала ММ. Стеклянная пла- ! стинка,, на которую нанесен светочувствительный слой, не показана на чертеже. ! Светочувствительный слой пересекается с плоскостями пучностей той или иной силы по параллельным прямым след от ко- ! ! торых изображен на нашем рисунке в виде черных пятен. Расстояние АВ между этими прямыми по поверхности пластин- Мл ' ки равно, очевидно, АС Л/2 Рис.
5.3. Схема опыта ВиАВ = нара: максимальное выделев1п ф в1п ф ние серебра происходит в Если у достаточно мало, то расстоя- пучности вектора Е ние между местами почернения становится достаточно большим. В опытах Винера у было около 1', так что АВ ~ 1 — 2 мм. При этих условиях можно заметить, что первая тем- 198 вввдкнив ная полоса не совпадает с зеркалом, а отстоит от него на четверть волны ).
Опыт Винера, позволивший впервые получить стоячие световые волны, показал также, что фотографическое действие световой волны связано с ее электрическим вектором. Позднее Друде и Нернст (1892 г.) повторили опыт Винера, заменив фотографический слой тонкой пленкой флуоресцирующого вещества, и также обнаружили, что максимум действия лежит в областях пучностей электрического вектора. Аналогичный опыт с фотоэлектрическим слоем был осуществлен Айвсом (1933 г.); и в этом случае, как и следовало ожидать, эффект вызывался электрическим вектором. Результаты всех описанных и аналогичных опытов легко понять, исходя из электронных представлений.
Большинство процессов, наблюдаемых в веществе под действием света, связано с его воздействием па электроны: при фотозффекте происходит вырывание электронов из освещаемого металла; при флуоресценции или фотохимических процессах (фотография, зрительное восприятие) возбуждение атомов и молекул или их ионизация, т.е. также воздействие на электроны, входящие в состав этих атомов и молекул. Так как электроны представляют собой электрические заряды, то сила, действующая на них, определяется в первую очередь электрическим полем, т.е.
электрическим вектором электромагнитной волны. Магнитный вектор играет лишь второстепенную роль,и действие его непосредственно почти не сказывается. В соответствии с изложенным электрический вектор электромагнитной волны нередко называют световым вектором. Когда говорят, что световая волна потеряла при отражении полволны, то имеют в виду именно потерю полуволны световым (электрическим) вектором. Такая потеря имеет, например, место при отражении света„падающего нормально на границу воздух — стекло. Наоборот, на границе стекло— воздух световой (электрический) вектор не испытывает потери полуволны, и стоячие волны образуются вследствие потери полуволны магнитным вектором. 8 24.
Цветная фотография по методу Липпмана Пользуясь явлением образования стоячих волн внутри фотографической эмульсии, Липпман (1891 г.) предложил следующий метод цветной фотографии. Пластинка с толстым слоем эмульсии располагается так, что эмульсия касается поверхности ртутного зеркала. Изображение спектра проецируется нормально на пластинку, и отразившийся свет, интерферирующий с падающим, образует стоячие волны, причем в пучностях электрического вектора происходит максимальное разложение бромистого серебра (рис. 5.4 схема опыта, рис. 5.5 — фотография разреза мокрой, сильно набухшей эмульсии). Вся толща эмульсии после обработки оказывается разбитой на ряд ) Точные определения положения темных полос выполнялись методом колец Ньютона (см.
Э 26). ГЛ. Ъ'. ОТОЯЧИЕ ОВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ слоев тончайшими прослойками из металлического серебра, расстояние между которыми равно полуволне излучения того цвета, который действовал на данное место пластинки. Будем теперь рассматривать обработанную таким образом пластинку, направив на нее белый свет под тем же углом, под которым Рис. 5.4. Схема, поясняющая метод цветной фотографии Липпмана велось освещение. От первой тонкой прослойки серебра отразится небольшое количество света; ббльшая же часть его проникнет дальше, отразится частично от второй, третьей и т.д. прослоек. Разность хода между всеми отраженными от разных прослоек пучками будет равна двойному расстоянию между прослойками: она равна Л1 для той области, где прослойки разделены расстояниями Л1 /2, ~МФ т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
