Сегодня: среда, 18 декабря 2013 г.

Тема: ОПТИКА 1. Основные законы геометрической оптики 2. Интерференция света 3. Когерентность временная и пространственная 4. Получение когерентных световых волн 5. Расчет интерференционной картины 6. Интерференция в тонких пленках 7. Линии равного наклона и линии равной толщины 8. Кольца Ньютона.

1. Геометрическая оптика 2. Волновая оптика 3. Квантовая оптика

Волновая оптика рассматривает оптические явления, в которых проявляется волновая природа света, - интерференция, дифракция поляризация, дисперсия

Квантовая оптика рассматривает явления, в которых проявляются квантовые свойства света, - тепловое излучение, фотоэффект, фотохимические процессы и др.

1.Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. 2. Закон независимости световых пучков: распространение всякого светового пучка в среде не зависит от наличия других пучков. Луч света падающий на границу раздела двух сред разделяется на два – отраженный и преломленный, направления которых определяются законами отражения и преломления. 3. Закон отражения: отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол β отражения равен углу α падения. 4. Закон преломления: луч падающий, преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе в точке падения лежат в одной плоскости падения; отношение синуса угла α падения к синусу угла γ преломления есть величина постоянная для данных сред. Основные законы геометрической оптики

Интерференция света (от лат. inter – взаимно, между собой и ferio – ударяю, поражаю) – пространственное перераспределение энергии света при наложении двух или нескольких световых волн.

Если разность фаз (ф 2 -ф 1 ) колебаний возбужденных волнами в некоторой точке пространства остается постоянной во времени, то такие волны называются когерентными. В случае некогерентных волн разность фаз (ф 2 -ф 1 ) непрерывно изменяется. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ЧЛЕН ПРИ >0 В МАКСИМУМЕ

Для некогерентных источников интенсивность результирующей волны всюду одинакова и, равна сумме интенсивностей, создаваемых каждой из волн в отдельности: Некогерентность естественных источников света обусловлена тем, что излучение тела слагается из волн, хаотически испускаемых многими атомами.

Периодическая последовательность горбов и впадин волны и образующиеся в процессе акта излучения одного атома, называется волновым цугом.

Спектр циклических частот реальной волны имеет конечную ширину Δω Такая волна может считаться монохроматической в течение промежутка времени где - называется временем когерентности немонохроматической волны (за этот промежуток времени разность фаз колебаний, соответствующих волнам с частотами и, изменяется на 2π).

В реальных системах интерференция возникает при условии, что разность хода

Получение когерентных световых волн 1. Метод Юнга

2. Бипризма Френеля

3. Зеркала Френеля

4. Билинза Биие

Временная когерентность - согласованность, при которой разность фаз колебаний в одной и той же точке пространства в разные моменты времени не изменяется. Пространственная когерентность – согласованность, при которой остается постоянной разность фаз колебаний, происходящих в один и тот же момент времени в разных точках плоскости, перпендикулярной направлению распространению волны. Два источника, размеры и взаимное расположение которых позволяют наблюдать интерференцию, называются пространственно-когерентными.

Размер пространственной когерентности - площадь круга радиуса lк, а объем цилиндра с таким основанием и длиной образующей, равной - объем когерентности. Длина пространственной когерентности lк - расстояние между точками, случайные изменения разности фаз в которых достигают π. Длина пространственной когерентности для протяженных источников (размером D) увеличивается с увеличением расстояния r до этих источников

Разность фаз двух когерентных волн Оптическая разность хода - L – оптическая длина пути; s – геометрическая длина пути; n – показатель преломления среды. Если при -

Расчет интерференционной картины

,

Главный максимум, соответствующий m=0 проходит через точку О. Вверх и вниз от него располагаются максимумы (минимумы) первого (m=1), второго (m=2) порядков, и.т.д.

Интерференция в тонких пленках Оптическая разность хода с учетом потери полуволны:

Полосы равной толщины Оптическая разность хода с учетом потери полуволны:

Каждая из интерференционных полос возникает в результате отражении от участков клина с одинаковой толщиной, поэтому их называют полосами равной толщины.

Кольца Ньютона Кольцевые полосы равной толщины, наблюдаемые в воздушном зазоре между соприкасающимися выпуклой сферической поверхностью линзы малой кривизны и плоской поверхностью стекла, называют кольцами Ньютона.

- радиус m-го светлого кольца - радиус m-го темного кольца

Применение интерференции света 1. Тот факт, что расположение интерференционных полос зависит от длины волны и разности хода лучей, позволяет по виду интерференционной картины (или их смещению) проводить точные измерения расстояний при известной длине волны или, наоборот, определять спектр интерферирующих волн (интерференционная спектроскопия).

2. По интерференционной картине можно выявлять и измерять неоднородности среды (в т.ч. фазовые), в которой распространяются волны, или отклонения формы поверхности от заданной.

3. Явление интерференции волн, рассеянных от некоторого объекта (или прошедших через него), с «опорной» волной лежит в основе голографии (в т.ч. оптической, акустической или СВЧ- голографии).

Голографический негатив, освещенный монохроматическим светом, дает полное трехмерное изображение, парящее в пространстве Способ получения голограммы. На фотопленку попадают как отраженный от предмета лазерный свет, так и опорный пучок от зеркала

4. Просветление оптики и получение высокопрозрачных покрытий и селективных оптических фильтров.

Получение высокоотражающих электрических зеркал Для получения коэффициента отражения (такие зеркала используются в лазерных резонаторах) надо нанести 11 – 13 слоев.