Неделько -3 (1106085), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Итак, если есть две плоские электромагнитные волны,

,

,

и условие ,

то в результате суперпозиции этих волн напряжённость электрического поля равна .

В результате проведения математических операций получают что результирующая интенсивность

,

где и ‑ интенсивности слагаемых волн.

Из этой формулы видно, что суммарная интенсивность изменяется от минимума

,

до максимума .

Практическое использование интерференции.

Частный пример. Кольца Ньютона. Интерференционные полосы равной толщины в форме колец, расположенных вокруг точки касания двух сферических поверхностей, либо плоскости и сферы впервые описаны Ньютоном в 1675 г.(рис. 9). Если длина волны известна, то кольца Ньютона можно использовать для точного измерения радиусов поверхностей линз и контроля правильности формы сферических и плоских поверхностей.

п.2. Дифракция

Вторым оптическим явлением, количественно описать которое можно используя принцип суперпозиций, является дифракция. Дифракция – явление огибания волнами препятствий (современное определение: любое отклонение при распространении волн от законов геометрической оптики).

Принцип суперпозиций, объясняющий дифракцию, носит название принципа Гюйгенса-Френеля. Суть принципа Гюйгенса-Френеля состоит в представлении произвольной монохроматической волны в виде суперпозиции когерентных сферических монохроматических волн (рис. 10). Эти сферические монохроматические волны называют вторичными волнами, а источники, генерирующие их, называют вторичными источниками. Располагают вторичные источники на произвольной волновой поверхности и в такой модели дифракцию описывают как результат интерференции вторичных волн.

Структура дифракционного поля сильно зависит от расстояния L между источником света и точкой, в которой надо определить интенсивность света. Дифракция при условии , где D ‑ размер источника (обычно это диаметр отверстия, через которое проходит свет), λ – длина волны, которую называют дифракцией Френеля. При дифракции Френеля вторичные волны от наиболее разнесённых участков источника света могут приходить в некоторые точки наблюдения с противоположными фазами, что приводит к так называемым зонам Френеля.

Дифракцию при условии называют дифракцией Фраунгофера. При дифракции Фраунгофера вторичные волны от наиболее разнесённых участков источника света приходят в одинаковых фазах.

Простейшая дифракция на щели (рис. 11). Плоская монохроматическая волна с длиной волны λ падает на плоский экран с отверстием ширины b. Рассмотрим излучение вторичных источников в плоскости чертежа, перпендикулярной к экрану и направлению щели. Введём угол дифракции ‑ угол между направлением падающей волны и направлением радиус-вектора в точку определения интенсивности света (наблюдения). Если угол дифракции удовлетворяет

, где ,

то амплитуда напряжённости электрического поля световой волны в точке наблюдения – максимум, его называют дифракционным максимумом. Если угол дифракции удовлетворяет

, где ,

то амплитуда равна нулю (дифракционный минимум). Число называют порядком дифракции, максимальным или минимальным.

Практическое использование дифракции

Дифракционная решётка – оптический спектральный прибор для спектрального разложения света. Простейшая дифракционная решётка – прозрачная пластинка, на которой нанесены непрозрачные штрихи. Прозрачные участки представляют собой параллельные щели, ширины b, штрихи имеют ширину а. Величина называется периодом дифракционной решётки. Модель такой решётки изображена на рис. 12. При падении на решётку монохроматического света с длиной λ возникает набор главных максимумов (определяемые условием при , называемый порядком главного максимума) и главные минимумы (определяемые условием при ,3).

Когда на дифракционную решётку падает излучение сложного спектрального состава, то для каждой длины волны получится свой набор спектральных линий и таким образом излучение будет разложено в спектр по числу возможных значений n. Если есть две линии, частично совпадающие друг с другом, то для их точного описания надо либо раздвинуть их, либо сделать тоньше. За «раздвижение» ответственна характеристика дифракционной решётки – угловая дисперсия , характеризующая угловую ширину спектра для данной (рис. 13, а).

За «похудение» линии ответственна характеристика – разрешающая способность , т.е. измеряется отношением λ к наименьшему интервалу длин волн , который ещё может разделить решётка , где N – число штрихов (рис. 13, б). В видимой области спектра дифракционные решётки изготавливают с числом штрихов на миллиметр от 300 до 1200.

Вопросы по теме «Оптические явления в описании волновой моделью»

1. Напишите выражение для фундаментальной электромагнитной волны.

2. В каком направлении распространяется плоская волна?

3. Нарисуйте чертёж, представляющий плоскую электромагнитную волну.

4. Какие два типа величин существуют в оптике?

5. Какая величина является фундаментом энергетических величин?

6. Какая величина является фундаментом фотометрических (световых) величин?

7. Дайте определение спектральной плотности мощности излучения.

8. Дайте определение спектральной плотности энергетической силы излучения.

9. Дайте определение энергетической яркости поверхности.

10. Дайте определение энергетической светимости.

11. Дайте определение энергетической освещённости.

12. Дать определение силе света.

13. Дать определение светового потока.

14. Дать определение яркости света.

15. Дать определение освещённости.

16. Дайте определение спектральной световой эффективности.

17. Дайте определение относительной спектральной световой эффективности.

18. Что называют интерференционной картиной?

19. В чём состоят условия создания стационарной интерференционной картины?

20. Какой принцип объясняет оптические явления и в чём он состоит?

21. Что представляет собой интерференционная картина, которую называют «кольца Ньютона»?

22. В чём состоит явление дифракции?

23. В чём состоит суть принципа Гюйгенса-Френеля?

24. При каких условиях наблюдают дифракцию Френеля?

25. При каких условиях наблюдают дифракцию Фраунгофера?

26. Какой угол называют углом дифракции?

27. Что такое дифракционная решётка?

28. Как устроена простейшая дифракционная решётка?

29. В чём смысл характеристики дифракционной решётки «угловая дисперсия»?

30. В чём смысл характеристики дифракционной решётки «разрешающая способность»?

Дополнительная литература

1. Неделько В.И., Хунджуа А.Г. Физика. ‑ М., Изд. Академия ‑ 2011. С. 361-369, 374-384.

2. Матвеев А.Н. Оптика. ‑ М., Высшая школа. 1985. С. 44-51.

18

Характеристики

Список файлов лекций