Краткая теория по Оптике (850028), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Дифракция Фраунгофера. Размер препятствия много меньше размеразоны Френеля и, следовательно,√λbp=≫1Db-область тениD-диаметр отверстия22. Метод зон ФренеляФренель предложил разбивать фронт волны не на бесконечное множествоточечных источников, а на конечное число зон. Зонами Френеля называютсяучастки фронта волны, построенные таким образом, что расстояние от краевкаждой зоны до точки наблюдения отличаются на пол волны.Дифракция Френеля на отверстииСферическая волна, распространяющаяся из точечного источника S,встречает на своем пути экран с круглым отверстием. Дифракционнаякартина наблюдается на экране Э в точке B. Разобьем часть волновойповерхности Ф на зоны Френеля. Вид дифракционной картины будетзависеть от количества зон Френеля, укладывающихся в отверстии.Амплитуда результирующего колебания в точке B равна:(плюс для нечетных m, минус – для четных).
Дифракционная картина откруглого отверстия вблизи точки B будет иметь вид чередующихся светлых итемных колец.Дифракция Френеля на дискеСферическая волна, распространяющаяся из точечного источника S,встречает на своем B пути диск. Дифракционная картина наблюдается наэкране Э в точке . Пусть диск закрываетпервых зон Френеля. Тогдаамплитуда результирующего колебания в точке B равна:Т.к. слагаемое в скобках равно 0, то.Следовательно, в точке B всегда будет светлое пятно, окруженноеконцентрическими светлыми и темными кольцами, а интенсивность убываетс расстоянием от центров картины.23. Дифракция Фраунгофера на щелиДифракция Фраунгофера (или дифракция плоских световых волн, илидифракция в параллельных лучах) наблюдается в том случае, когда источниксвета и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшегодифракцию.Пусть монохроматическая волна падает нормально плоскости бесконечнодлинной узкой щели (l ≫ b),l- длина, b - ширина.
Разность хода междулучами 1 и 2 в направлении φΔ = NF = bsinφРазобьём волновую поверхность на участке щели МN на зоны Френеля,имеющие вид полос, параллельных ребру М щели. Ширина каждой полосывыбирается так, чтобы разность хода от краев этих зон была равна λ/2, т.е.Δвсего на ширине щели уложитсяλ⁄ зон. Т.к. свет на щель падает2нормально, то плоскость щели совпадает с фронтом волны, следовательно,все точки фронта в плоскости щели будут колебаться синфазно. Амплитудывторичных волн в плоскости щели будут равны, т.к.
выбранные зоныФренеля имеют одинаковые площади и одинаково наклонены кнаправлению наблюдения.ΔЧисло зон Френеля λ⁄ укладывающихся на ширине щели, зависит от угла φ.2Условие минимума при дифракции Френеля:ΔЕсли число зон Френеля четное λ⁄ = +−2m2Илиλbsinφ = +m =1,2,3…−2m 2то в т. Р наблюдается дифракционный минимум.Условие максимума:ΔЕсли число зон Френеля нечетное λ⁄ = +−(2m + 1)bsinφ =+−(2m+ 1)λ22m=0,1,2,3…то наблюдается дифракционный максимум.24. Дифракция Фраунгофера на решеткеДифракционная решетка представляет собой совокупность большогочисла N одинаковых по ширине и параллельных друг другу щелей,разделенных непрозрачными промежутками, также одинаковыми поширинеb -ширина щели;а - ширина непрозрачного участка;d = a + b -период или постоянная решетки.1d=NДифракционная картина на решетке определяется как результат взаимнойинтерференции волн, идущих от всех щелей, т.е.
в дифракционной решеткеосуществляется многолучевая интерференция. Т.к. щели находятся друг отдруга на одинаковых расстояниях, то разности хода лучей, идущих от двухсоседних щелей, будут для данного направления φ одинаковы в пределахвсей дифракционной решетки.Δ = CF = (a + b)sinφ = dsinφВ направлениях, в которых наблюдается минимум для одной щели, будутминимумы и в случае N щелей, т.е.
условие главных минимумовдифракционной решетки будет аналогично условию минимумов для щели:λbsinφ = +m =1,2,3…−m 2- условие главных минимумов.Условие максимумов; те случаи φ, которые удовлетворяют максимумамдля одной щели, могут быть либо максимумами, либо минимумами, т.к. всёзависит от разности хода между лучами. Условие главных максимумов:+ λdsinφ = κ− 2κ =0,1,2,3…Эти максимумы будут расположены симметрично относительноцентрального (нулевого k = 0) максимума.´ λУсловие дополнительных минимумов: dsinφ = +m´ =1,2,3…−m´m ≠ 0, N, 2N, 3N …N25. Разрешающая силаВследствие конечности ширины инструментального контура возможностиреального спектрального прибора по разделению двух близких по частотамлиний ограничены.
Для характеристики этих возможностей вводятпонятие разрешающей силы или разрешающей способности, равнойотношению длины волны к d - наименьшей разности длин волн двухмонохроматических спектральных линий, при которой спектральный приборих еще разделяетR = /d .При дифракционной форме инструментального контура разрешающую силуможно выразить через угловую дисперсию Dφ :R = /d = DDφПодставляя Dφ , получим теоретическую разрешающуюспособность дифракционной решетки:R = mNКоличественной характеристикой величины пространственногоразнесения лучей с разными длинами волнявляется дисперсия спектрального прибора. Чем больше угол d на которыйразнесены лучи, отличающиеся по длинам волн на d , тем больше угловаядисперсияприбора:= d /dЕсли фокусное расстояние камерного объектива F, то в его фокальнойплоскости лучи, отличающиеся по длинам волн на d будут разнесены впространстве на dl = Fd .Линейной дисперсией называется величинаDl = dl/d =FТаким образом, участку протяженностью dl в фокальной плоскостикамерного объектива соответствует участок со спектральной шириной d=dl/ Dl .
В частности, если ширина выходной щели равна a, тоее спектральная ширина будетГ = a/ Dl26.Дисперсия светаДисперсия света-зависимость показателя преломления n от частоты (илидлины волны) света на зависимость фазовой скорости световых волн и средеот их частоты.Фазовая и групповая скорости.Фазовая скорость светаили (омега) делить на KГрупповая скорость светаПоказатель преломления (абсолютный показатель преломления) среды n–величина, равная отношению скорости с электромагнитных волн в вакуумек их фазовой V в среде:11c=υ=n = √εμ√ε0 μ0√εε0 μμ0Для среды на обладающей ферромагнитными свойства, μ= 1n ≈ √εОбласти нормальной и аномальной дисперсии.dnДисперсия света называется нормальной, если > 0dndndν> 0 (или< 0 ) т.е.
n увеличивается с ростом частоты (убывает сdλростом длины). Нормальная дисперсия наблюдается у веществ, прозрачныхдля света.Дисперсия света называется аномальной , еслиdndn> 0 (или> 0 ), т.е. убывает с ростом частот (увеличивается с ростомdνdλдлины). Аномальная дисперсия наблюдается в областях спектра,соответствующих полосам интенсивного поглощения света в данной среде.dν27. Естественный и поляризованный светПоляризованный свет- свет, в котором направления колебаний вектора Еупорядочены каким –либо образом.Неполяризованный свет (естественный) свет- свет, в которомрезультирующий электрический вектор Е совершает в каждой точке поляколебаниявдольвсевозможныхнаправленийвплоскости,перпендикулярной световому лучу.Типы поляризацииЭлектронная — смещение электронных оболочек атомов под действиемвнешнего электрического поля.
Не связана с потерями.Ионная — смещение узлов кристаллической структуры под действиемвнешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую,чем величина постоянной решетки. Время протекания 10-13 с, без потерь.Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление силсвязи и внутреннего трения.
Связана с ориентацией диполей во внешнемэлектрическом поле.Электронно-релаксационная — ориентация деффектных электронов вовнешнем электрическом поле.Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлахкристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие.Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопическихвключений в диэлектрике. Самый медленный тип.Способы поляризации света1.Поляризация при помощи поляроидов.Поляроиды представляют собой целлулоидные пленки с нанесенным наних тончайшим слоем кристалликов сернокислого нодхинина.
Применениеполяроидов является в настоящее время наиболее распространеннымспособом поляризации света.2.Поляризация посредством отражения.Еслиестественныйлучсветападаетначернуюполированную поверхность, то отраженный луч оказывается частичнополяризованным. В качестве поляризатора и анализатора может бытьупотребленозеркальноеилидостаточнохорошоотполированное обычное оконное стекло, зачерненное с одной стороныасфальтовым лаком.Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан уголпадения.
Для стекла угол падения равен 57 градусов.3.Поляризация посредством преломления.Световой луч поляризуется не только при отражении, но и припреломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатораиспользуется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок,расположенных к падающим на них световым лучам под углом в 57°.Поляризационные приборы (иначе поляризаторы) превращаютестественный свет в линейно-поляризованный. Все они работают попринципу отделения обыкновенного луча от необыкновенного.
Примеромполяризатора может служить пластинка турмалина, поляроиды.Поляризация при преломлении….Зако́н Брю́ стера — закон оптики,выражающий связь показателей преломления двух диэлектриков с такимуглом падения света, при котором свет, отражённый от границы разделадиэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости,n2перпендикулярной плоскости падения.tgθBr = n21 где n21 = —n1показатель преломления второй среды относительно первой, а θBr — уголпадения (угол Брюстера).28.
Тепловое излучение, его особенности и характеристикиТепловоеизлучение — электромагнитное излучение, возникающее за счётвнутренней энергии тела. Имеет сплошной спектр, максимум которогозависит от температуры тела. При остывании последний смещается вдлинноволновую часть спектра. Тепловое излучение испускают, например,нагретый металл, земная атмосфера и белый карликАбсолютно черное телоПусть одно из тел в полости обладает свойством поглощать всю падающуюна его поверхность лучистую энергию любого спектрального состава. Такоетело называют абсолютно черным.Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускатьэлектромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет.
Спектризлучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.Закон Кирхгофа и его следствияОтношение излучательной способности любого тела к его поглощательнойспособности одинаково для всех тел при данной температуре для даннойчастоты и не зависит от их формы и химической природы.Закон Стефана-БольцманаЭнергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональначетвертой степени термодинамической температуры.R э = σT 4σ = 5.67·10-8 Вт/(м2· К4) - постоянная Стефана-Больцмана.Закон смещения ВинаЗакон Стефана-Больцмана, определяя зависимость RЭ от температуры, недаёт ответа относительно спектрального состава излучения абсолютночерного тела.Из экспериментальных кривых зависимости rλ,Т от λ при различных Тследует, что распределение энергии в спектре абсолютно черного телаявляется неравномерным.
Все кривые имеют максимум, который сувеличением Т смещается в сторону коротких длин волн. Площадь,ограниченная кривой зависимости rλ,Т от λ, равнаRЭ (это следует изгеометрического смысла интеграла) и пропорциональна Т4.Закон смещения Вина (1864 - 1928): Длина, волны (λmax), на которуюприходится максимум лучеиспускательной способности а.ч.т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
