Материал: kompendium_po_fizike

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

191

волна

, 

сама

становится

источником

вторичных

волн

, 

огибающая

вторичных

волн

образует

волновой

фронт

. 

Данный

принцип

описывает

распространение

света

в

среде

. 

Принцип

Гюйгенса

-

Френеля

: 

любая

точка

среды

, 

до

которой

дошла

волна

, 

сама

становится

источником

вторичных

волн

. 

Все

точки

волнового

фронта

являются

когерентными

источниками

, 

а

интерференция

их

волн

позволяет

рассчитать

результирующее

световое

поле

в

каждой

точке

пространства

. 

Френель

предложил

следующий

способ

расчета

дифракционной

картины

: 

волновой

фронт

на

препятствии

разбивается

на

участки

  (

называемыми

зонами

Френеля

) 

таким

образом

, 

чтобы

оптическая

разность

хода

лучей

, 

идущих

от

соседних

зон

, 

составляла

половину

длины

волны

. 

Тогда

волны

, 

идущие

от

соседних

зон

Френеля

, 

гасят

друг

друга

в

результате

интерференции

. 

И

, 

если

из

данной

точки

пространства

видно

чётное

число

зон

Френеля

, 

в

ней

будет

минимум

освещённости

, 

нечётное

 – 

минимум

. 

Таким

образом

, 

можно

рассчитать

дифракцию

на

круглом

отверстии

и

на

плоской

щели

. 

Например

, 

условие

дифракционного

максимума

, 

возникающего

под

углом

относительно

направления

движения

света

, 

на

плоской

щели

шириной

a

имеет

следующий

вид

: 

2

)

1

2

(

sin

k

a

. 

При

выполнении

данного

условия

из

данной

точки

видно

нечётное

число

зон

Френеля

, 

в

результате

одна

зона

останется

непогашенной

и

создаст

освещенность

. 

Условие

минимума

дифракции

на

плоской

щели

: 

k

a

sin

. 

При

выполнении

данного

условия

из

данной

точки

видно

чётное

число

зон

Френеля

, 

волны

от

которых

гасят

друг

друга

. 

В

результате

дифракции

на

плоской

щели

будет

образовываться

система

из

чередующихся

тёмных

и

светлых

полос

, 

отстоящих

от

центральной

светлой

полосы

 – 

нулевого

максимума

  (

при

монохроматическом

освещении

щели

). 

При

освещении

белым

светом

в

результате

дифракции

будет

образовываться

система

цветных

полос

, 

отстоящих

от

центрального

максимума

белого

цвета

. 

background image

192

4. 

Интерференционные

и

дифракционные

приборы

Интерференционные

приборы

 – 

класс

устройств

, 

в

которых

используется

явление

интерференции

. 

Они

используются

для

измерения

длин

волн

, 

определения

скоростей

движения

микро

- 

и

макрообъектов

, 

определения

показателей

преломления

, 

качества

обработки

поверхностей

, 

измерения

малых

расстояний

, 

а

также

в

навигационном

оборудовании

. 

Наиболее

распространёнными

интерферометрами

являются

: 

интерферометр

Майкельсона

и

его

модификации

, 

интерферометр

Жамена

и

его

модификации

, 

интерферометр

Физо

, 

интерферометр

Рэлея

, 

интерферометр

Фабри

-

Перо

и

т

.

д

. 

Простейшим

дифракционным

прибором

является

дифракционная

решётка

. 

Она

представляет

собой

систему

параллельно

нанесённых

равноотстоящих

прозрачных

полос

, 

разделённых

непрозрачными

промежутками

. 

Дифрешётки

бывают

прозрачными

и

отражательными

. 

Если

ширина

прозрачной

полосы

  (

щели

) 

равна

a

, 

а

расстояние

между

соседними

полосами

равно

b

, 

то

величина

b

a

c

называется

периодом

 (

постоянной

) 

дифрешётки

 (

см

. 

рисунок

 85). 

Пусть

на

решетку

нормально

падает

плоская

монохроматическая

волна

длиной

λ

. 

Согласно

принципу

Гюйгенса

-

Френеля

, 

все

точки

щелей

, 

до

которых

дошло

возмущение

, 

становятся

когерентными

источниками

вторичных

сферических

волн

, 

распространяющихся

по

всем

направлениям

, 

которые

при

наложении

интерферируют

и

формируют

дифракционную

картину

. 

Линза

, 

расположенная

за

решеткой

в

каждой

точке

фокальной

плоскости

, 

соберет

соответствующие

параллельные

группы

лучей

, 

где

, 

поставив

экран

, 

можно

наблюдать

интерференционный

эффект

(

дифракционную

картину

). 

Такой

метод

наблюдения

дифракции

  «

в

параллельных

лучах

» 

называют

дифракцией

Фраунгофера

. 

Из

всех

возможных

направлений

распространения

вторичных

сферических

волн

выделим

для

рассмотрения

одно

, 

характеризующееся

углом

φ

по

отношению

к

направлению

падающего

света

. 

Разность

хода

между

лучами

, 

проходящими

симметрично

в

каждой

из

двух

соседних

щелей

sin

d

, 

разность

хода

между

лучами

, 

background image

193

проходящими

симметрично

в

любых

двух

щелях

, 

будет

кратна

этой

величине

. 

Так

как

линза

дополнительной

разности

хода

не

вносит

 (

таутохронизм

), 

то

условие

главных

максимумов

:  

k

d

sin

где

 k = 0, 

1, 

2, 

3… 

порядок

главного

максимума

. 

Так

как

угол

φ

, 

значит

и

положение

максимумов

, 

кроме

центрального

  (

при

к

 = 0), 

зависит

от

λ

, 

то

в

1-

м

, 

2-

м

и

т

.

д

. 

порядках

главных

максимумов

при

падении

на

решетку

белого

света

будут

наблюдаться

спектры

, 

соответственно

, 

1-

го

, 

2-

го

и

т

.

д

. 

порядка

. 

Таким

образом

, 

дифракционная

решетка

может

быть

использована

в

качестве

спектрального

прибора

. 

Рисунок

 85. 

Дифракция

света

на

дифракционной

решётке

Дифракционная

решетка

используется

для

определения

длины

волны

света

, 

для

определения

показателей

преломления

. 

Как

спектральный

прибор

дифрешётка

характеризуется

следующими

параметрами

: 

а

) 

угловая

дисперсия

 – 

cos

c

k

d

d

D

б

) 

разрешающая

способность

kN

D

background image

194

E 

5. 

Естественный

и

поляризованный

свет

Понятия

 «

естественный

» 

и

 «

поляризованный

свет

» 

связаны

с

таким

свойством

Э

/

М

волн

как

поляризация

. 

Поляризация

 – 

это

свойство

Э

/

М

волн

, 

которое

состоит

в

том

, 

что

колебания

векторов

напряжённости

электрического

и

индукции

магнитного

полей

происходят

в

некоторых

плоскостях

. 

Плоскость

, 

в

которой

происходят

колебания

вектора

напряжённости

электрического

поля

в

э

/

м

волне

, 

называется

плоскостью

поляризации

. 

Волна

, 

имеющая

одну

плоскость

поляризации

, 

называется

плоскополяризованной

. 

Луч

света

, 

в

котором

не

выдерживается

плоскость

поляризации

, 

называется

неполяризованным

или

естественным

.

Луч

света

, 

в

котором

есть

поляризованная

и

неполяризованная

компоненты

, 

называется

частично

поляризованным

. 

Степень

поляризованности

, 

есть

отношение

интенсивности

поляризованной

компоненты

к

общей

интенсивности

, 

т

.

е

. 

непол

пол

пол

p

I

I

I

k

. 

Проекции

луча

света

на

плоскость

ему

перпендикулярную

имеют

вид

: 

а

) 

для

поляризованного

света

: 

б

) 

для

неполяризованного

света

: 

6. 

Поляризация

света

. 

Закон

Малюса

Термин

  «

поляризация

» 

имеет

два

значения

: 

первое

подразумевает

свойство

э

/

м

волн

, 

состоящее

в

том

, 

векторы

E

и

B

колеблются

в

некоторых

плоскостях

; 

второе

 – 

подразумевает

процесс

получения

поляризованного

света

из

неполяризованного

. 

E

background image

195

Для

получения

поляризованного

света

из

неполяризованного

используются

устройства

, 

называемые

поляризаторами

. 

Суть

работы

поляризатора

состоит

в

том

, 

что

он

может

пропускать

только

ту

составляющую

светового

луча

, 

в

которой

колебания

происходят

в

определённой

плоскости

, 

называемой

главной

плоскостью

поляризатора

. 

При

этом

интенсивность

света

, 

выходящего

из

поляризатора

, 

будет

в

 2 

раза

меньше

интенсивности

света

, 

падающего

на

поляризатор

: 

непол

пол

I

I

5

.

0

. 

Если

же

на

поляризатор

падает

уже

поляризованный

свет

с

амплитудой

напряжённости

электрического

поля

0

E

, 

то

через

главную

плоскость

поляризатора

пройдет

только

составляющая

равная

: 

cos

0

E

E

, 

где

 – 

угол

между

главной

плоскостью

поляризатора

и

плоскостью

поляризации

падающего

луча

. 

Так

как

2

E

I

, 

то

для

интенсивности

получим

: 

2

0

cos

I

I

– 

закон

Малюса

. 

Таким

образом

, 

поляризатор

одновременно

может

служить

и

как

анализатор

, 

т

.

е

. 

с

его

помощью

можно

отличить

естественный

свет

от

поляризованного

или

определить

плоскость

поляризации

в

уже

поляризованном

свете

. 

7. 

Виды

поляризации

. 

Методы

получения

поляризованного

света

Для

получения

поляризованного

света

используются

следующие

явления

: 

А

. 

Поляризация

при

отражении

от

диэлектрика

. 

При

отражении

света

от

границы

диэлектрика

отраженный

и

преломлённый

лучи

будут

частично

поляризованными

, 

при

этом

степень

поляризованности

зависит

от

угла

падения

света

. 

Угол

, 

при

котором

отражённый

свет

будет

полностью

поляризован

, 

называется

углом

Брюстера

. 

Этот

угол

находится

из

равенства

1

2

/

tg

n

n

. 

Для

получения

полностью

поляризованного

света

используется

не

одна

диэлектрическая

пластинка

, 

а

их

стопка

, 

в

которой

из

-

за

многократного

отражения

степень

поляризации

преломлённых

лучей

увеличивается

с

каждой

новой

пластинкой

. 

Б

. 

Явление

двойного

лучепреломления

. 

Некоторые

кристаллы

обладают

способностью

к

двойному

лучепреломлению

: 

луч

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/6211