Оптика

1.

Оптика

2.

3.

Волны
– процесс распространения колебаний в пространстве
Поперечные
Частицы среды колеблются в
направлениях, перпендикулярных к
направлению распространения волны
1). Электромагнитные волны
2). Колебания струны
Продольные
Частицы среды колеблются вдоль
направления
распространения волны
1). Звуковые волны
2). Упругие волны в жидких и
газообразных средах

4.

Шкала электромагнитных волн

5.

Световая волна
Оптический диапазон:
Инфракрасное излучение – 1 мм – 760 нм
Видимое излучение – 760 нм – 400 нм
Ультрафиолетовое – 400 нм – 10 нм
Зеленый свет: 555 нм (наибольшая чувствительность к свету человеческого глаза)
Действия света (фотоэлектрическое, фотохимическое, физиологическое и т.д.)
обусловлены колебаниями электрического вектора.

6.

7.

8.

Время τ для прохождения пути 1-2 равно
В точке P первая волна возбудит колебания
A1cos(ω(t-s1/v1)), вторая волна A2cos(ω(t-s2/v2)),
где v1=с/n1 и v2=с/n2 – фазовые скорости волн.

9.

Оптические явления
Интерференция
Возникающее в
результате
суперпозиции
когерентных волн
перераспределение
интенсивности в
пространстве –
появление
максимумов и
минимумов
интенсивности
Дифракция
Дисперсия
Поляризация
Любые отклонения
от прямолинейного
распространения
колебаний в среде с
резкими
неоднородностями
(края экранов,
отверстия), которые
приводят к
огибанию волнами
препятствий и
проникновению в
область
геометрической
тени.
Явления,
обусловленные
зависимостью
показателя
преломления
вещества от длины
волны
Упорядочивание
каким-либо образом
направления
колебания светового
вектора E в волне

10.

Интерференция
Амплитуда результирующего колебания
где δ=α2-α1 – разность начальных фаз.
В случае некогерентных волн
В случае когерентных волн
(cosδ=const во времени, но имеет свое значение для каждой точки
пространства)

11.

В точке P первая волна возбудит колебания
A1cos(ω(t-s1/v1)), вторая волна A2cos(ω(t-s2/v2)),
где v1=с/n1 и v2=с/n2 – фазовые скорости волн.

12.

13.

Интерференция от тонких пластинок
Принцип Гюйгенса: каждая точка, до которой доходят колебания в момент
времени t, становится источником вторичных волн, огибающая этих волн
дает положение фронта волны в следующий момент времени.

14.

Дифракция
Дифракция – любые отклонения от прямолинейного распространения
колебаний в среде с резкими неоднородностями (края экранов,
отверстия), которые приводят к огибанию волнами препятствий и
проникновению в область геометрической тени.
Принцип Гюйгенса-Френеля
для определения амплитуды колебаний в точке P, лежащей перед
некоторой поверхностью S, надо найти амплитуды колебаний,
приходящих в эту точку от всех элементов dS поверхности S, а затем
сложить их с учетом амплитуд и фаз.
Иначе – колебания в точке P создаются совокупностью источников
вторичных волн, расположенных на поверхности отверстия.

15.

16.

17.

Выводы:
1). Амплитуды и интенсивности в точке P меняются неравномерно по мере
увеличения радиуса отверстия.
2). При открытии первой зоны Френеля амплитуда в точке P достигает максимума
A=A1.
3). По мере открывания второй зоны интенсивность будет уменьшаться и при
полностью открытых двух зонах уменьшится практически до нуля. Далее, при
открытии третьей зоны, интенсивность будет снова расти и т.д.
4). То же самое будет наблюдаться, если вместо увеличения отверстия приближать к
нему точку P.
5). Амплитуда колебаний при полностью открытой волной поверхности в 2 раза
меньше, чем амплитуда при открытой 1-ой зоне Френеля, а интенсивность в 4 раза
меньше.

18.

Дифракция Френеля от простейших преград
Дифракция от круглого отверстия
Дифракционная картина от круглого
отверстия будет выглядеть как
чередующиеся светлые и темные
концентрические кольца. В центре картины
будет либо светлое пятно (m-нечетное), либо
темное (m-четное).

19.

Если в отверстии укладывается 1 зона Френеля или ее часть, то интенсивность
максимальна в центре картины и монотонно убывает при удалении от центра.
Если в отверстии укладываются 2 зоны Френеля, то в центре возникает темное
круглое пятно, а вокруг него светлое кольцо.
С увеличением числа m зон Френеля увеличивается и число светлых и темных
колец.
Когда в отверстии укладывается большое число зон Френеля, то интенсивность
вблизи центра картины оказывается практически равномерной, чередование узких
светлых и темных колец наблюдается только у края геометрической тени.

20.

Дифракция от круглого диска
Диск расположен так, чтобы
он закрывал m зон Френеля
В центре картины при любом m (четном или
нечетном) будет наблюдаться светлое пятно –
пятно Пуассона.

21.

Дифракция от прямолинейного края полуплоскости

22.

Безразмерный параметр b2/lh (где b - ширина щели, l – расстояние от щели до
экрана) позволяет определить характер дифракции:
b2/lλ«1 – дифракция Фраунгофера
b2/lλ ~1 – дифракция Френеля
b2/lλ»1 – геометрическая оптика.
При дифракции Фраунгофера всегда образуется максимум освещенности, в
отличии от дифракции Френеля

23.

24.

При пропускании через дифракционную решетку белого света все максимумы
кроме центрального разложатся в спектр (фиолетовый – к центру картины, красный
– от центра). Дифракционная решетка сильнее всего отклоняет красные лучи.