12-13 (982537)

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

Текст из файла

Семестр 3. Лекции 12-13EЛекции 12-13. Электромагнитная природа света. Интерференция света.Шкала электромагнитных излучений. Оптическое излучение, его интенсивность. Отражение и преломление плоской волны на границе раздела двух диэлектриков. Интерференция электромагнитных волн. Расчёт интерференционной картины с двумя источниками.Пространственно-временная когерентность.Физическая оптика – раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, атакже его взаимодействие с веществом. По своей природе свет является электромагнитным излучением. Поэтому для описания световых явлений справедливы все положения электродинамики.Электромагнитный спектр принято делить на радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.

Между ними нет резких переходов. Участки перекрываются, а границы между ними условны.К радиоволнам относят излучение с длиной волны больше 0,1 мм.При этом их подразделяют на:сверхдлинные радиоволны, для которых длина волны больше 10 км;длинные волны: 1 км   10 км;средние волны: 100 м   1 км;короткие волны: 10 м   100 м;ультракороткие волны:  10 м.Ультракороткие волны, в свою очередь подразделяют на метровые, дециметровые,миллиметровые и субмиллиметровые.Волны с длиной менее 1 м принято называть волнами сверхвысоких частот.(соответственно, частоты таких волн более 3108 Гц.)К оптическому диапазону относят волны в диапазоне 10 нм   2 мм.Он включает:инфракрасное излучение 760 нм   2 мм;видимый свет 400 нм   760 нм;ультрафиолет 10 нм   400 нм.Естественный белый свет включает волны с длинами всего видимого диапазона.В силу биологических особенностей, человеческий глаз реагирует практически только навеличину напряжённостиэлектрического поля электромагнитной волны.

Поэтому в оптике восновном рассматривают вектор напряжённости электрического поляE и называют егосветовой вектор.1Семестр 3. Лекции 12-13Характеристики излучения.Световой поток.Пусть dФЭ – поток энергии, приходящийся на интервал длин волн от  до +d, тогдавеличина d Эdназывается функцией распределения потока энергии по длинамволн. С помощью функции распределения можно найти поток энергии в интервале от 1 до2 :2Э      d .1Относительная спектральная чув-V()ствительность V() определяет чувствительность нормального человеческого глаза1,0к излучению разной длины волны (дневное0,8зрение).0,6Максимальное значение V(0) =10,4приходится на длину волны0,2, нм4005006007008000  555нм(желто-зелёный цвет). Вне интервала(400нм; 760нм) V()=0.Значения функции V() обратно пропорциональны величинам потока энергии, вызывающимодинаковые ощущения:V   2  d  Э  1 .V  1  d  Э   2 Пример.

Пусть V()=0,5. Это значит, что для того, чтобы свет с данной длиной волны  создавал зрительное ощущение, такое же как и свет с длиной волны 0 555нм (V(0)=1), необходимо, чтобы поток энергии света с длиной волны  был в два раза больше потока энергии света с длиной волны 0 555нм (с этим связана рекомендация окраски объектов в зелёный цветдля уменьшения раздражения глаз).Световой поток – поток энергии, оцениваемый по зрительному ощущению. Величинасветового потока, приходящегося на интервал длин световых волн от  до + d, определяется соотношением: d   V    d  Э или d   V          d  .

Единица измерения световогопотока - люмен (лм). Для светового потока в 1 лм с длиной волны 0 555 нм поток энергииравен 0,0146 Вт. Механическим эквивалентом света называется величина 0,0146 Вт/лм.2Семестр 3. Лекции 12-13Сила света.Для точечных источников сила света равна отношению светового потока к величине телесного угла: I d(величина телесного угла измеряется в стерадианах).

У изотропных тоdчечных источников сила света не зависит от направления, поэтому I .4Для протяжённых источников берётся отношение потока dФ, излучаемого элементомповерхности в направлении телесного угла d, к величине этого угла. Сила света измеряетсяв канделах (кд): 1 кд = 1 лм/1 ср (основная единица системы СИ).Освещённость.Освещённость – это отношение величины светового потока, падающего на элемент поверхности, к величине площади этого элемента: E d  ПАДdS.

Единица измерения освещённости– люкс (лк): 1 лк =1 лм/1 м2.Светимость – отношение светового потока, испускаемого площадкой по всем направлениям, к величине этой площадки: M d  ИСП. Светимость измеряется в лм /м2 .dSЯркость – характеристика излучения света площадкой dS в данном направлении - отношениесилы света, испускаемой источником в данном направлении к величине проекции площадки наплоскость, перпендикулярную данному направлению: L d. Яркость измеряется в кд /м2.d dSОптическая длина хода лучей.Распространение волн удобно описывать с помощью понятия луча.Луч – линия в пространстве, касательная к которой в каждой точке направлена как волновой вектор. Таким образом, фазовая поверх-фазовая поверхностьлучиность волны и касательная к лучу в точке их пересечения перпендикулярны друг к другу.Если волновой вектор задаётся в координатахk   k X ,kY ,k Z  , то уравнение луча имеет вид:волновыевекторыdx dy dz.k X kY kZДля плоской волны лучи – это прямые,перпендикулярные фазовой поверхности.

Для сферической волны - это прямые, выходящие изисточника по радиальным направлениям.3Семестр 3. Лекции 12-13В оптике геометрической длиной хода лучей l принято называть длину луча, а оптической длиной хода лучей величину L ndl , где n – показатель преломления вещества.ЛУЧВ случае, когда показатель преломления вещества постоянный, оптическая длина хода лучейравна произведению показателя преломления на геометрическую длину хода: L  n  l .Замечание. Физический смысл оптической длины хода можно уяснить из равенства:Lndl ЛУЧЛУЧcdldl  c  c  t ,vvЛУЧ(v – фазовая скорость света в веществе). Т.е. это расстояние, которое пройдет свет в вакууме затот же интервал времени t, в течение которого он движется в веществе с показателем преломления n.Уравнение плоской электромагнитной волны наиболее просто записывается с помощьюпонятия луча:E  E0 cos  t  kl    ,H  H 0 cos  t  kl    ,где l – геометрическая длина хода лучей.

Отсюда видно, что геометрическая длина хода лучейможет быть определена, как говорят, «с точностью» до длины волны:2.kИз двух сред, та среда, показатель преломления у которой больше, называется оптически более плотной средой. Среда с меньшим показателем преломления называется,соответственно, оптически менее плотной средой.Отражение и преломление плоской волны на границераздела двух диэлектриков.Рассмотрим падение плоской электромагнитной волны на плоскую границу разделадвух диэлектриков.Плоскостью падения волны называется плоскость, перпендикулярная границе разделасред и содержащая волновой вектор падающей волны.Будем предполагать, что волна является линейно-поляризованной.

Уравнения волны:  E  E0 cos t  k ,r   ,  H  H 0 cos t  k ,r   , 0E.H0Ход каждой из волн зададим с помощью лучей и соответствующих волновых векторов.4Семестр 3. Лекции 12-13Рассмотрим любую точку на границе раздела диэлектриков.. В ней пересекаются три луча – луч падающей волны, луч прошедшей волны и луч отражённой волны.Вдоль границы введём систему координат так, чтобы волновой вектор падающей волнылежал в плоскости (XY), где ось X направлена вдоль границы, а вектор Y перпендикуляреней, и начало координат совпадало бы с выбранной точкой.Тогда k1  (k1 sin 1 ,  k1 cos 1 , 0) , где угол 1 между нормалью к границе (осью Y) и лучом падающей волны будем называть углом падения.Будем обозначать параметры падающей волны индексом «1», прошедшей волны - индексом «2», а отражённой – «3». Введём угол преломления 2 и угол отражения 3 - углымежду нормалью и соответствующими лучами.

Тогдаk2   k2 sin  2 ,  k2 cos  2 ,k2Z  ,k3   k3 sin 3 ,k3 cos 3 ,k3Z  .В общем случае падающую волну можно представить в виде суперпозиции двух волн, укоторых плоскости поляризации взаимно перпендикулярны. Поэтому рассмотрим падение волнс такой поляризацией по-отдельности.1) Рассмотрим случай, когда в падающей волневекторk3E1H1n1n2k1Y1 3H3ZH1   0, 0,H1  параллелен границе, а вектор E1лежит в плоскости (XY), т.е. E1   E1 X ,E1Y , 0  . Как гово-E3рят, волна поляризована в плоскости падения.Так как на границе должны выполняться условияE1t  E3t  E2t и H1t  H 3t  H 2t , то E1 X  E3 X  E2 X иZE22XE3 Z  E2 Z , H1Z  H 3Z  H 2 Z и H 3 X  H 2 X .Кроме того, на границе выполняются условияD1n  D3n  D2 n и B1n  B3n  B2 n ,H2Zk2поэтому 1  E1Y  E3Y    2 E2Y , 1 H 3Y   2 H 2Y .Как следует из этих уравнений проекции E2Z, E3Z, H2X, H3X, H2Y, H3Y не связаны никакими уравнениями с параметрами падающей волны.

Поэтому их можно не рассматривать, т.е.считать равными нулю. Следовательно, прошедшая и отражённая волны являются линейнополяризованными, т.к.E2   E2 X ,E2Y , 0  , E3   E3 X ,E3Y , 0  , H 2   0, 0,H 2  , H 3   0, 0,H 3  .Тогда волновые векторы тоже лежат в плоскости (XY):k2   k2 X ,k2Y , 0  ,k3   k3 X ,k3Y , 0  .Уравнения для напряжённостей электрического поля всех трёх волн:5Семестр 3. Лекции 12-13  cos   t   k ,r     .E1  E01 cos 1t  k1 ,r  1 , E2  E02 cos 2t  k2 ,r  2 ,E3  E03E02XE03X333Для них должно выполняться условие на границе: E1 X  E3 X  E2 X .Точки границы задаются радиус-вектором r   x, 0,z  , поэтому наE01Xгранице выполняется равенство:E01X cos  1t   k1X x   1   E03 X cos  3t   k3 X x   3   E02 X cos  2t   k2 X x   2  .В частности, в точке x=0: E01 X cos  1t  1   E03 X cos  3t  3   E02 X cos  2t  2  .На амплитудно-векторной диаграмме сумма трёх векторов постоянной длины E01 X  E03 X  E02 Xне будет зависеть от времени, если только угловые скорости вращения этих векторов одинаковые: 1  2  3 .

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций