Скачати 0.97 Mb.
|
Розділ ІІ. Хвильова оптика РОЗДІЛ II. ОСНОВНІ ЯВИЩА І ЗАКОНИ ХВИЛЬОВОЇ ОПТИКИ§2.1. Інтерференція світла§2.1.1. Когерентність та монохроматичність світлових хвиль. Оптична довжина шляху.Згідно хвильової (електромагнітної) теорії світлове випромінювання – це електромагнітні хвилі, довжини яких лежить в межах від 0,38 до 0,77 мкм. Згідно з корпускулярної (фотонної) теорії світлове випромінювання – це потік особливих частинок – фотонів, які мають енергію, масу і імпульс. Інтерференцією світла називається перерозподіл інтенсивності світла в просторі внаслідок накладання двох або кількох когерентних хвиль, в результаті чого в одних місцях виникають максимуми, а в інших мінімуми інтенсивності. ^ Отже, якщо хвилі когерентні, то спостерігається самоузгоджений перебіг в часі і просторі декількох хвильових процесів. Цю умову задовольняють монохроматичні хвилі – хвилі однієї строго визначеної частоти і сталої амплітуди. Хвилі, які випромінюються незалежними джерелами світла, некогерентні. Цей результат є наслідком того, що жодне джерело не випромінює точно монохроматичного світла. Просторово-когерентними називаються два джерела, розміри і взаємне розміщення яких при необхідному ступені монохроматичності світла дозволяють спостерігати інтерференційні смуги. ^ називається відстань між двома точками перпендикулярної до напрямку поширення хвилі поверхні, між якими випадкова зміна різниці фаз досягає значення рівного ![]() ![]() ![]() де ![]() ![]() Добуток геометричної довжини ![]() ![]() ![]() Для отримання когерентних світлових хвиль застосовують метод розділення хвилі, що випромінюється одним джерелом, на дві частини, які після проходження різних оптичних шляхів накладаються одна на одну і в результаті спостерігається інтерференційна картина. Якщо оптична різниця ходу світлових променів дорівнює парному числу півхвиль ![]() де ![]() Мінімум інтенсивності світла буде в точках, для яких оптична різниця ходу променів вміщає непарне число півхвиль ![]() §2.1.2. Отримання когерентних хвиль за допомогою біпризми Френеля Одна з оптичних схем отримання когерентних хвиль здійснюється за допомогою біпризми Френеля. Для цього використовується заломлення світла від одного точкового джерела S в двох призмах з малим заломлюючим кутом ![]() ![]() ![]() де n – показник заломлення скла, з якого виготовлена біпризма. Джерело світла S розміщають на відстані ![]() Як видно з рис. 2.1, при проходженні світла через верхню і нижню половини біпризми світлова хвиля розділяється на дві когерентні хвилі, які ніби виходять з точок ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При малому значенні кута ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Якщо на шляху інтерферуючих пучків поставити екран ![]() Положення інтерференційних максимумів і мінімумів на екрані можна визначити, якщо скористатися рис. 2.2. Оскільки ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() де ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Якщо ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Відстань ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() де L відстань щілини до екрану, а ![]() З рівняння (2.4) отримуємо: ![]() Якщо значення d з рівняння (2.3) підставити в (2.5), то довжину хвилі випромінювання можна визначити за формулою: ![]() Отримати когерентні хвилі можна також іншими методами: наприклад: методами білінзи Френеля, дзеркала Ллойда та ін. ^ Явище інтерференції світла можна спостерігати при падінні світлового променя на плоско–паралельну пластинку. В цьому випадку інтерференція світла визначається товщиною ![]() ![]() ![]() І ![]() Інтерференційні смуги однакового нахилу, наприклад, можна одержати освітлюючи плоскопаралельну пластинку розбіжним пучком світла (рис. 2.3). Промені ![]() ![]() Для їх спостереження використовують збиральну лінзу та екран, який розміщений у фокальній площині лінзи. Паралельні промені ![]() ![]() ![]() Промені, наприклад 3, які падають на пластину під іншим кутом, зберуться в іншій точці ![]() В точці M або ![]() ![]() і мінімум, якщо: ![]() Інтерференційні смуги рівного нахилу при великій оптичній різниці ходу променів можна спостерігати для монохроматичного лазерного випромінювання. Для цього використовують світловий потік з великою розбіжністю, який одержують наприклад за допомогою мікрооб’єктива О, і направляють на скляну плоскопаралельну пластину П (рис. 2.4). Промені, відбиті від передньої і задньої граней плоскопаралельної пластини, дають інтерференційні смуги рівного нахилу на екрані Е у вигляді концентричних кілець Нехай кути ![]() ![]() ![]() ![]() Якщо кути ![]() ![]() ![]() або ![]() ![]() З рис. 2.4 випливає, що ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Підставивши значення ![]() ![]() Рівняння (2.12) можна замінити виразом ![]() Звідки ![]() Як видно з (2.13), ![]() ![]() ![]() і ![]() де ![]() Нехай ![]() ![]() Звідки отримуємо, що ![]() або ![]() Якщо побудувати графік залежності ![]() ![]() ![]() де ![]() ![]() ![]() Підставивши значення ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() На цьому базується графічний метод визначення довжини хвилі, або показника заломлення скляної пластинки. ^ Нехай на клин, кут ![]() ![]() Напрямок поширення інтерферуючих хвиль, які виникають внаслідок відбивання світла від верхньої і нижньої поверхонь клина зображено відповідно променями ![]() ![]() ![]() ![]() Якщо джерело хвиль розміщене далеко від поверхні, а кут ![]() ![]() ![]() ![]() де ![]() ![]() ![]() ![]() Оскільки значення i, n та ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При певному положенні лінзи і клина промені ![]() ![]() ![]() Інтерференційні смуги, що виникають внаслідок відбивання від ділянок клина з однаковою товщиною, називаються смугами однакової товщини. Оскільки верхня та нижня грані клина не паралельні між собою, то промені ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ^ Для утворення кілець Ньютона паралельний пучок світла направляють нормально на плоску поверхню BC з великим радіусом R кривизни плоскоопуклої лінзи, яка дотикається в точці M до плоскої скляної пластинки (рис. 2.7). Після відбивання від опуклої поверхні лінзи і дотичної до неї поверхні пластини світло поширюється у зворотному напрямку паралельним пучком. При накладанні відбитих хвиль виникають інтерференційні смуги однакової товщини. Оскільки результат накладання двох відбитих хвиль залежить від товщини прошарку між лінзою і скляною пластиною, то для всіх точок, що знаходяться на однаковій відстані r від точки M, тобто тих, що утворюють коло, буде однакова умова для інтерференційного максимуму, або мінімуму. Нехай d – товщина повітряного прошарку на відстані r від точки M (рис. 2.7). Оптична різниця ходу Δ між променем, який відбився від межі поділу повітряний шар – скляна пластина, і променем, який зазнав часткового відбивання на межі поділу опукла поверхня лінзи – повітряний шар, дорівнює ![]() де доданок ![]() Так як лінза і пластина виготовлені зі скла, показник заломлення якого ![]() ![]() ![]() Я ![]() ![]() ![]() а радіус m-го темного кільця для відбитого світла визначається з умови: ![]() ![]() В прохідному світлі ![]() ![]() а ![]() ![]() В співвідношеннях (2.18), (2.19), (2.20) і (2.21) ![]() ![]() |
![]() | Розділ I. Елементи геометричної оптики Під світловими променями розуміють нормальні (перпендикулярні) до хвильових поверхонь лінії, вздовж яких поширюється потік світлової... | ![]() | VI. хвильова оптика. 21. Інтерференція світла Основні формули Оптична різниця ходу двох променів, що поширюються у різних середовищах відповідно з показнивами заломлення n1 І n2 |
![]() | Питання для підготовки до модульного контролю з фізики Когерентність І монохроматичність світлових хвиль. Інтерференція світла. Умови посилення й ослаблення світла | ![]() | І основні поняття та закони хімії І. 1 Газові закони Які закони вважаються основними законами хімії? Сформулюйте їх і наведіть відповідні приклади |
![]() | Назва модуля: Фізика. Ч код модуля: кзф 6003 с тип модуля Зміст навчального модуля: Інтерференція, дифрація та поляризація світла, взаємодія світла з речовиною, квантова природа випромінювання,... | ![]() | Мовчан Сергій м. Кіровоград масштабні рівні прояву географічної інтерференції Одним з механізмів взаємодії геосистем, на думку автора, є географічна інтерференція або інтерференція геосистем |
![]() | Лабораторна робота №3 Вивчення явища поляризації світла Ознайомитись з явищем поляризації світла, експериментально перевірити закон Малюса І закон Брюстера | ![]() | В. В. Програма співбесіди Електронна оболонка атому. Основні положення квантової (хвильової) механіки. Рівняння хвилі де Бройля; принцип невизначенностіГейзенберга.... |
![]() | Назва модуля: Фізика. Ч код модуля: кзф 6002 C02 У результаті вивчення модуля студент повинен знати: основні фізичні явища та закони фізики, які необхідні для наступного вивчення... | ![]() | Назва модуля: Фізика. Ч код модуля: кзф -6010- с01. Тип модуля У результаті вивчення модуля студент повинен знати: основні фізичні явища та закони фізики, які необхідні для наступного вивчення... |