Дисперсия электромагнитных волн. Поляризация света

1.

Лекция 21.
Дисперсия электромагнитных волн.
Поляризация света.

2.

Явление дисперсии электромагнитных волн.
Дисперсией света называется зависимость показателя преломления от
частоты ω (или длины волны λ). Прямое следствие этого - зависимость
фазовой скорости света от частоты ω и длины волны λ.
Разложение пучка
белого света в спектр
при его прохождении
через призму - также
следствие дисперсии.

3.

Распространение световых лучей в призме
Для малых углов преломления справедливо
В результате вычислений получаем
т.е. угол преломления зависит от
величины показателя преломления

4.

Дисперсия ЭМВ в веществе.
Количественной характеристикой дисперсии
световых волн в веществе является величина
Для прозрачных веществ
показатель преломления n
уменьшается с ростом λ
(см. рис.)
Такая дисперсия
называется нормальной.

5.

Аномальная дисперсия
Однако вблизи полос
сильного поглощения
величина D может поменять
знак. Такая дисперсия
называется аномальной.

6.

Электронная теория дисперсии Лоренца
Теория рассматривает дисперсию света как результат взаимодействия
ЭМ волн с заряженными частицами, входящими в состав вещества и
совершающими вынужденные колебания в переменном ЭМ поле волны.
Уравнение движения оптического (внешнего) электрона
Решение этого уравнения
амплитуда
вынужденных
колебаний
закон дисперсии в
модели Лоренца

7.

Поглощение (абсорбция) света
Прохождение ЭМВ через вещество сопровождается потерями энергии,
связанными с возбуждением колебаний электронов (с изменением их
состояния). Уменьшение энергии световой волны в веществе называют
поглощением (или абсорбцией) света.
закон Бугера
I, I0 - интенсивности плоской монохроматической волны на входе и
выходе слоя поглощающего вещества толщиной х
α - коэффициент поглощения.
Поглощение света становится особенно сильным при приближении
его частоты к частоте собственных колебаний электронов в атомах
вещества (резонансное поглощение).

8.

Виды спектров поглощения:
Линейчатый спектр — характерен для одноатомных газов (или
паров). Резкие и узкие линии соответствуют частотам собственных
колебаний электронов в атомах. Если плотность газа увеличивать,
то взаимодействие между атомами ведит к уширению линий.
Спектр в виде полос — характерен для молекул. Колебания
атомов (и вращение групп атомов) приводит к образованию широких
полос.
Сплошной спектр — характерен для жидкостей и твердых тел, в
которых образуются коллективные возбуждения (например,
электроны проводимости в металлах). Это обусловливает
поглощение света в широкой области частот.

9.

10.

Поляризация света
Согласно теории Максвелла свет – поперечная электромагнитная
волна, в которой вектора E и B перпендикулярны друг другу и
направлению распространения волны.
О явлениях волновой оптики, в которых проявляется поперечность
световых волн, говорят как о проявлениях поляризации.
Естественный свет
- неполяризован.
Лазерное
излучение поляризовано.

11.

1) Линейно-поляризованный свет
2) Эллиптически-поляризованный свет
две монохроматические волны,
поляризованные в двух
взаимно перпендикулярных
плоскостях (см. рис.)

12.

Типы поляризации света

13.

Закон Малюса
Интенсивность I света, прошедшего через
систему скрещенных поляризаторов (схему
Малюса, см. рис.)

14.

Поляризация при преломлении и отражении
При падении естественного света на
границу раздела двух диэлектриков
отраженный и преломленный лучи
частично поляризуются.
В отраженном луче преобладают
колебания, перпендикулярные
плоскости падения, в преломленном –
колебания, лежащие в плоскости
падения.
Закон Брюстера:
Если угол падения равен углу Брюстера,
то отраженный луч является
плоскополяризованным.