Материал: kompendium_po_fizike
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
.
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
,
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
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
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