Дефиниција 1

Оптика- една од гранките на физиката која ги проучува својствата и физичката природа на светлината, како и нејзините интеракции со супстанциите.

Овој дел е поделен на три дела подолу:

• геометриска или, како што се нарекува и зраци оптика, која се заснова на концептот на светлосни зраци, од каде доаѓа и неговото име;
• бранова оптика, проучува појави во кои се манифестираат брановите својства на светлината;
• Квантната оптика ги разгледува таквите интеракции на светлината со супстанции во кои корпускуларните својства на светлината се покажуваат.

Во тековното поглавје ќе разгледаме две подсекции на оптика. Корпускуларните својства на светлината ќе бидат разгледани во петтото поглавје.

Долго пред да се појави разбирањето за вистинската физичка природа на светлината, човештвото веќе ги знаеше основните закони на геометриската оптика.

Закон за праволиниско ширење на светлината

Закон за праволиниско ширење на светлинатанаведува дека во оптички хомогена средина, светлината се шири праволиниски.

Ова го потврдуваат острите сенки што ги фрлаат непроѕирните тела кога се осветлуваат со релативно мал извор на светлина, односно таканаречениот „точкест извор“.

Друг доказ лежи во прилично добро познат експеримент за поминување на светлината од далечен извор низ мала дупка, што резултира со тесен зрак светлина. Ова искуство нè води до идејата за светлосен зрак како геометриска линија по која светлината се шири.

Дефиниција 2

Вреди да се напомене фактот дека самиот концепт на светлосен зрак, заедно со законот за праволиниско ширење на светлината, го губи сето свое значење ако светлината минува низ дупки чии димензии се слични на брановата должина.

Врз основа на ова, геометриската оптика, која се заснова на дефиницијата на светлосните зраци, е ограничувачки случај на брановата оптика на λ → 0, чиј опсег ќе биде разгледан во делот за дифракција на светлината.

На интерфејсот помеѓу два проѕирни медиуми, светлината може делумно да се рефлектира на таков начин што дел од светлосната енергија ќе се троши по рефлексијата во нова насока, додека другата ќе ја премине границата и ќе продолжи да се шири во вториот медиум.

Закон за рефлексија на светлината

Закон за рефлексија на светлината, се заснова на фактот дека упадните и рефлектираните зраци, како и нормалната на интерфејсот помеѓу двата медиума, реконструирани во точката на инциденца на зракот, се во иста рамнина (рамнината на инциденца). Во овој случај, аглите на рефлексија и инциденца, γ и α, соодветно, се еднакви вредности.

Закон за прекршување на светлината

Закон за прекршување на светлината, се заснова на фактот дека упадните и прекршените зраци, како и нормалната на интерфејсот помеѓу два медиума, реконструирани во точката на инциденца на зракот, лежат во иста рамнина. Односот на аголот на инциденца на гревот α до аголот на прекршување на гревот β е вредност што е константна за двете дадени медиуми:

sin α sin β = n .

Научникот В. Снел експериментално го воспоставил законот за рефракција во 1621 година.

Дефиниција 5

Постојана n – е релативниот индекс на рефракција на вториот медиум во однос на првиот.

Дефиниција 6

Индексот на рефракција на медиумот во однос на вакуумот се нарекува - апсолутен индекс на рефракција.

Дефиниција 7

Релативен индекс на рефракција на два медиумае односот на апсолутните индекси на рефракција на овие медиуми, т.е.

Законите на рефракција и рефлексија го наоѓаат своето значење во брановата физика. Врз основа на неговите дефиниции, прекршувањето е резултат на трансформацијата на брзината на ширење на бранот за време на транзицијата помеѓу два медиума.

Дефиниција 8

Физичко значење на индексот на рефракцијае односот на брзината на ширење на бранот во првата средина υ 1 до брзината во втората υ 2:

Дефиниција 9

Апсолутниот индекс на рефракција е еквивалентен на односот на брзината на светлината во вакуум вдо брзината на светлината v во средина:

На слика 3. 1 . 1 ги илустрира законите на рефлексија и прекршување на светлината.

Слика 3. 1 . 1 . Закони на рефлексија υ прекршување: γ = α; n 1 sin α = n 2 sin β.

Дефиниција 10

Медиум чиј апсолутен индекс на рефракција е помал е оптички помалку густа.

Дефиниција 11

Во услови на транзиција на светлина од еден медиум инфериорен во оптичка густина во друг (n 2< n 1) мы получаем возможность наблюдать явление исчезновения преломленного луча.

Овој феномен може да се забележи под агли на инциденца кои надминуваат одреден критичен агол α p r. Овој агол се нарекува ограничувачки агол на вкупниот внатрешен одраз (види Сл. 3, 1, 2).

За аголот на инциденца α = α p sin β = 1 ; вредност sin α p p = n 2 n 1< 1 .

Под услов вториот медиум да е воздух (n 2 ≈ 1), тогаш еднаквоста може да се препише како: sin α p p = 1 n, каде што n = n 1 > 1 е апсолутен индекс на прекршување на првиот медиум.

Во услови на интерфејсот стакло-воздух, каде што n = 1,5, критичниот агол е α p p = 42 °, додека за интерфејсот вода-воздух n = 1. 33, и α p p = 48 , 7 °.

Слика 3. 1 . 2. Вкупен внатрешен одраз на светлината на интерфејсот вода-воздух; S – точкаст извор на светлина.

Феноменот на целосна внатрешна рефлексија е широко користен во многу оптички уреди. Еден од таквите уреди е светлосен водич со влакна - тенки, случајно закривени нишки изработени од оптички проѕирен материјал, внатре во кои светлината што влегува на крајот може да се шири на огромни растојанија. Овој изум стана возможен само благодарение на правилната примена на феноменот на целосна внатрешна рефлексија од страничните површини (сл. 3. 1. 3).

Дефиниција 12

Оптички влакнае научна и техничка насока заснована на развој и употреба на оптички влакна.

Цртеж 3 . 1 . 3 . Ширење на светлината во водич за светлина со влакна. Кога влакното е силно свиткано, законот за целосна внатрешна рефлексија се нарушува, а светлината делумно излегува од влакното преку страничната површина.

Цртеж 3 . 1 . 4 . Модел на рефлексија и прекршување на светлината.

Доколку забележите грешка во текстот, означете ја и притиснете Ctrl+Enter

ДОЛЖИНА НА ОПТИЧКАТА ПАТЕКА е производ на должината на патеката на светлосниот зрак и индексот на прекршување на медиумот (патеката што светлината би ја поминала во исто време, пропагирајќи се во вакуум).

Пресметка на шемата за пречки од два извора.

Пресметка на шемата за пречки од два кохерентни извори.

Да разгледаме два кохерентни светлосни бранови кои произлегуваат од изворите u (сл. 1.11.).

Екранот за набљудување на шемата за пречки (наизменични светли и темни ленти) ќе биде поставен паралелно со двата процепи на исто растојание.Да означиме x како растојание од центарот на шемата за пречки до точката P што се проучува на екранот.

Да го означиме растојанието помеѓу изворите како г. Изворите се наоѓаат симетрично во однос на центарот на шемата за пречки. Од сликата е јасно дека

Оттука

а разликата во оптичката патека е еднаква на

Разликата на патеката е неколку бранови должини и секогаш е значително помала, така што можеме да го претпоставиме тоа Тогаш изразот за разликата во оптичката патека ќе ја има следната форма:

Бидејќи растојанието од изворите до екранот е многу пати поголемо од растојанието од центарот на шемата за пречки до точката на набљудување, можеме да го претпоставиме тоа. д.

Заменувајќи ја вредноста (1,95) во условот (1,92) и изразувајќи x, добиваме дека максимумите на интензитетот ќе бидат забележани на вредностите

, (1.96)

каде е брановата должина во медиумот, и ме редот на интерференција, и X макс - координати на максимум на интензитет.

Заменувајќи го (1,95) во состојба (1,93), ги добиваме координатите на минимумите на интензитет

, (1.97)

На екранот ќе биде видлива шема на пречки, која изгледа како наизменични светли и темни ленти. Бојата на светлосните ленти се одредува со филтерот што се користи при инсталацијата.

Растојанието помеѓу соседните минимуми (или максими) се нарекува ширина на раб на пречки. Од (1.96) и (1.97) произлегува дека овие растојанија имаат иста вредност. За да ја пресметате ширината на рабовите на пречки, треба да ја одземете координатата на соседниот максимум од координатната вредност на еден максимум

За овие цели, можете да ги користите и координатните вредности на кои било два соседни минимуми.

Координати на минимум и максимум на интензитет.

Оптичка должина на патеките на зраците. Услови за добивање максимални и минимуми на пречки.

Во вакуум, брзината на светлината е еднаква на , во средина со индекс на прекршување n брзината на светлината v станува помала и се одредува со релацијата (1.52)

Брановата должина во вакуум и во средина е n пати помала отколку во вакуум (1,54):

Кога се движите од еден медиум во друг, фреквенцијата на светлината не се менува, бидејќи секундарните електромагнетни бранови емитирани од наелектризираните честички во медиумот се резултат на принудни осцилации што се случуваат на фреквенцијата на ударниот бран.

Нека два точки кохерентни извори на светлина емитуваат монохроматска светлина (сл. 1.11). За нив, условите за кохерентност мора да бидат исполнети: До точката P, првиот зрак патува во средина со индекс на рефракција - патека, вториот зрак поминува во медиум со индекс на прекршување - патека. Растојанието од изворите до набљудуваната точка се нарекуваат геометриски должини на патеките на зраците. Производот на индексот на прекршување на медиумот и должината на геометриската патека се нарекува должина на оптичката патека L=ns. L 1 = и L 1 = се оптичките должини на првата и втората патека, соодветно.

Нека u се фазните брзини на брановите.

Првиот зрак ќе возбуди осцилација во точката P:

, (1.87)

а вториот зрак е вибрација

, (1.88)

Фазната разлика помеѓу осцилациите што ги возбудуваат зраците во точката P ќе биде еднаква на:

, (1.89)

Мултипликаторот е еднаков на (- бранова должина во вакуум), а изразот за фазната разлика може да се даде во формата

постои количина наречена разлика на оптичката патека. При пресметување на шемите на пречки, треба да се земе предвид оптичката разлика во патеката на зраците, т.е. индексите на прекршување на медиумот во кој се шират зраците.

Од формулата (1.90) е јасно дека ако разликата во оптичката патека е еднаква на цел број бранови должини во вакуум

тогаш фазната разлика и осцилациите ќе настанат со иста фаза. Број мсе нарекува редослед на интерференција. Следствено, условот (1.92) е услов на максимумот на пречки.

Ако е еднакво на половина цел број на бранови должини во вакуум,

, (1.93)

Тоа , така што осцилациите во точката P се во антифаза. Условот (1.93) е услов на интерферентниот минимум.

Значи, ако на должина еднаква на разликата на оптичката патека на зраците се вклопува парен број на полубранови должини, тогаш максимален интензитет се забележува во дадена точка на екранот. Ако има непарен број на полубранови должини долж должината на разликата на патеката на оптичкиот зрак, тогаш се забележува минимално осветлување во дадена точка на екранот.

Потсетиме дека ако две патеки на зраци се оптички еквивалентни, тие се нарекуваат тавтохрони. Оптичките системи - леќи, огледала - ја задоволуваат состојбата на тавтохронизам.

Основните закони на геометриската оптика се познати уште од античко време. Така, Платон (430 п.н.е.) го воспоставил законот за праволиниско ширење на светлината. Расправите на Евклид го формулирале законот за праволиниско ширење на светлината и законот за еднаквост на аглите на пад и рефлексија. Аристотел и Птоломеј го проучувале прекршувањето на светлината. Но, точната формулација на овие законите на геометриската оптика Грчките филозофи не можеа да го најдат. Геометриска оптика е ограничувачкиот случај на брановата оптика, кога брановата должина на светлината се стреми кон нула. Наједноставните оптички феномени, како што се појавата на сенки и добивањето слики во оптички инструменти, може да се разбере во рамките на геометриската оптика.

Формалната конструкција на геометриската оптика се заснова на четири закони Експериментално воспоставен: · Закон за праволиниско ширење на светлината · Закон за независност на светлосните зраци · Закон за рефлексија · Закон за прекршување на светлината. За да ги анализира овие закони, Х. Хајгенс предложил едноставен и визуелен метод. подоцна се јави Принципот на Хајгенс .Секоја точка до која допира светлосното возбудување е ,од своја страна, центар на секундарните бранови;површината што ги обвива овие секундарни бранови во одреден момент во времето ја означува положбата на предниот дел на всушност бранот што се шири во тој момент.

Врз основа на неговиот метод, Хајгенс објасни исправност на ширењето на светлината и изнесен закони на рефлексија И рефракција .Закон за праволиниско ширење на светлината :· светлината се шири праволиниски во оптички хомогена средина.Доказ за овој закон е присуството на сенки со остри граници од непроѕирни предмети кога се осветлени од мали извори.Внимателните експерименти сепак покажале дека овој закон се прекршува ако светлината поминува низ многу мали дупки, а отстапувањето од исправноста на ширење е поголеми, толку помали се дупките.

Сенката што ја фрла некој предмет се определува со исправност на светлосните зраци во оптички хомогени медиуми Сл. 7.1 Астрономска илустрација праволиниско ширење на светлината и, особено, формирањето на умбра и пенумбра може да биде предизвикано од засенчување на некои планети од други, на пример затемнување на Месечината , кога Месечината паѓа во Земјината сенка (сл. 7.1). Поради меѓусебното движење на Месечината и Земјата, сенката на Земјата се движи по површината на Месечината, а затемнувањето на Месечината поминува низ неколку парцијални фази (сл. 7.2).

Закон за независност на светлосните зраци :· ефектот произведен од индивидуален сноп не зависи од тоа дали,дали другите снопови дејствуваат истовремено или дали се елиминирани.Со делење на светлосниот флукс на посебни светлосни зраци (на пример, со користење на дијафрагми), може да се покаже дека дејството на избраните светлосни зраци е независно. Закон за рефлексија (Сл. 7.3): рефлектираниот зрак лежи во иста рамнина како и упадниот зрак и нормалната,привлечен кон интерфејсот помеѓу два медиума на местото на ударот;· агол на инциденцаα еднаков на аголотрефлексииγ: α = γ

Да се ​​изведе законот за рефлексија Да го искористиме принципот на Хајгенс. Да претпоставиме дека рамниот бран (бранова фронт АБ Со, паѓа на интерфејсот помеѓу два медиума (сл. 7.4). Кога брановиот фронт АБќе стигне до рефлектирачката површина во точката А, оваа точка ќе почне да зрачи секундарен бран .· За бранот да помине растојание Сонцетопотребно време Δ т = п.н.е./ υ . Во исто време, предниот дел на секундарниот бран ќе ги достигне точките на хемисферата, радиусот АДшто е еднакво на: υ Δ т= сонце.Позицијата на рефлектираниот брановиден фронт во овој момент во времето, во согласност со принципот на Хајгенс, е дадена од рамнината DC, а насоката на ширење на овој бран е зрак II. Од еднаквоста на триаголниците ABCИ ADCтече надвор закон на рефлексија: агол на инциденцаα еднаков на аголот на рефлексија γ . Закон за рефракција (Снелов закон) (Сл. 7.5): упадниот зрак, прекршениот зрак и нормалното исцртано на интерфејсот во точката на инциденца лежат во иста рамнина;· односот на синусот на аголот на инциденца до синусот на аголот на прекршување е константна вредност за дадена средина.

Изведување на законот за прекршување. Да претпоставиме дека рамниот бран (бранова фронт АБ), се шират во вакуум долж насоката I со брзина Со, паѓа на интерфејсот со медиумот во кој брзината на неговото ширење е еднаква на u(Сл. 7.6) Оставете го времето потребно на бранот да ја помине патеката Сонцето, еднакво на Д т. Потоа п.н.е. = сД т. Во исто време, предниот дел на бранот возбуден од точката Аво средина со брзина u, ќе достигне точки на хемисферата чиј радиус АД = uД т. Позицијата на фронтот на прекршениот бран во овој момент во времето, во согласност со принципот на Хајгенс, е дадена од рамнината DC, а насоката на неговото ширење - по зрак III . Од Сл. 7.6 јасно е дека, т.е. .Ова имплицира Снелов закон : Малку поинаква формулација на законот за ширење на светлината даде францускиот математичар и физичар P. Fermat.

Физичките истражувања се однесуваат најмногу на оптика, каде што во 1662 година го воспоставил основниот принцип на геометриската оптика (принципот на Фермат). Аналогијата помеѓу принципот на Ферма и варијационите принципи на механиката одигра значајна улога во развојот на модерната динамика и теоријата на оптичките инструменти. Ферматови принцип , светлината се шири помеѓу две точки по патека што бара најмалку време. Да ја прикажеме примената на овој принцип за решавање на истиот проблем на прекршување на светлината.Зрак од извор на светлина Ссе наоѓа во вакуум оди до точка ВО, лоциран во некој медиум надвор од интерфејсот (сл. 7.7).

Во секоја средина најкраткиот пат ќе биде прав С.А.И АБ. Точка Асе карактеризираат со растојание xод нормалното испуштено од изворот до интерфејсот. Ајде да го одредиме времето поминато на патување по патеката САБ:.За да го најдеме минимумот, го наоѓаме првиот извод на τ во однос на Xи изедначете го на нула: , оттука доаѓаме до истиот израз што беше добиен врз основа на принципот на Хајгенс: принципот на Ферма го задржа своето значење до денес и послужи како основа за општата формулација на законите на механиката (вклучувајќи го и теорија на релативност и квантна механика).Од принципот на Ферма има неколку последици. Реверзибилност на светлосните зраци : ако ја превртите гредата III (сл. 7.7), предизвикувајќи да падне на интерфејсот под аголβ, тогаш прекршениот зрак во првата средина ќе се шири под агол α, т.е. ќе оди во спротивна насока по гредатаЈас . Друг пример е фатаморгана , што често го забележуваат патниците на жешките патишта. Тие гледаат оаза напред, но кога ќе стигнат таму, наоколу има песок. Суштината е дека во овој случај гледаме светлина што минува над песокот. Воздухот е многу топол над самиот пат, а во горните слоеви е постудено. Топол воздух, се шири, станува поретки и брзината на светлината во него е поголема отколку во ладниот воздух. Затоа, светлината не патува по права линија, туку по траекторија со најкратко време, претворајќи се во топли слоеви на воздухот. Ако светлината доаѓа од медиуми со висок индекс на рефракција (оптички погусто) во медиум со помал индекс на рефракција (оптички помалку густо) ( > ) , на пример, од стакло во воздух, потоа, според законот за рефракција, прекршениот зрак се оддалечува од нормалното а аголот на прекршување β е поголем од аголот на инциденца α (сл. 7.8 А).

Како што се зголемува аголот на инциденца, аголот на прекршување се зголемува (сл. 7.8 б, В), додека при одреден агол на пад () аголот на прекршување е еднаков на π/2. Аголот се вика граничен агол . Под агли на пад α > целата упадна светлина е целосно рефлектирана (сл. 7.8 Г). · Како што аголот на инциденца се приближува до ограничувачкиот, интензитетот на прекршениот зрак се намалува, а рефлектираниот зрак се зголемува. од инцидентот еден (сл. 7.8 Г). · Така,под агли на инциденца кои се движат од π/2,зракот не е прекршен,и целосно се одразува во првата среда,Покрај тоа, интензитетот на рефлектираните и инцидентните зраци се исти. Овој феномен се нарекува целосна рефлексија. Граничниот агол се одредува според формулата: ; .Феноменот на целосна рефлексија се користи во призмите на тотална рефлексија (Сл. 7.9).

Индексот на прекршување на стаклото е n » 1,5, затоа ограничувачкиот агол за интерфејсот стакло-воздух = лак (1/1,5) = 42° Кога светлината паѓа на границата стакло-воздух на α > 42° секогаш ќе има целосна рефлексија На сл. Слика 7.9 ги прикажува вкупните призми на рефлексија кои овозможуваат: а) ротирање на зракот за 90°; б) ротирање на сликата; в) обвиткување на зраците. Во оптичките инструменти се користат вкупни призми на рефлексија (на пример, во двогледи, перископи), како и во рефрактометри кои овозможуваат одредување на индексот на прекршување на телата (според законот за прекршување, со мерење, го одредуваме релативниот индекс на прекршување на две подлоги, како и апсолутниот индекс на рефракција на еден од медиумот, ако е познат индексот на рефракција на вториот медиум).

Феноменот на целосна рефлексија се користи и во светлосни водичи , кои се тенки, случајно закривени нишки (влакна) од оптички проѕирен материјал. 7.10 Во деловите од влакна, се користи стаклено влакно, чиешто јадро (јадро) кое води светлина е опкружено со стакло - школка направена од друго стакло со помал индекс на рефракција. Светлосен инцидент на крајот на светлосниот водич под агли поголеми од границата , се подложува на интерфејсот јадро-школка целосен одраз а се пропагира само долж светлосното водечко јадро.За креирање се користат светлосни водилки телеграфско-телефонски кабли со голем капацитет . Кабелот се состои од стотици и илјадници оптички влакна тенки како човечка коса. Преку таков кабел, дебелината на обичен молив, може истовремено да се пренесат до осумдесет илјади телефонски разговори. Покрај тоа, светлосни водичи се користат во цевки со катодни зраци со оптички влакна, во електронски машини за броење, за кодирање информации, во медицината ( на пример, стомачна дијагностика), за целите на интегрираната оптика.

МИНИМАЛЕН СПИСОК НА ИСПИТНИ ПРАШАЊА ПО ФИЗИКА (ДЕЛ „ОПТИКА, ЕЛЕМЕНТИ НА АТОМСКА И НУКЛЕАРНА ФИЗИКА“) ЗА ДОПИСНИЦИ

1. Светлосно зрачење и неговите карактеристики

Светлината е материјален објект со двојна природа (дуалност бран-честички). Во некои појави, светлината се однесува вака електромагнетен бран(процесот на осцилации на електрични и магнетни полиња што се шират во вселената), во други - како прилив на специјални честички - фотони или кванти на светлина.

Во електромагнетниот бран, векторот на напонот електрично поле E, магнетното поле H и брзината на ширење на бранот V се меѓусебно нормални и формираат деснак систем.

Векторите E и H осцилираат во иста фаза. Условот за бранот е:

Кога светлосниот бран е во интеракција со материјата, електричната компонента на бранот игра најголема улога (магнетната компонента во немагнетните медиуми има послаб ефект), затоа векторот Е (јачината на електричното поле на бранот) се нарекува светлосен вектора неговата амплитуда се означува со А.

Карактеристика на преносот на енергија на светлосниот бран е интензитетот I - ова е количината на енергија пренесена по единица време од светлосниот бран низ единица површина нормална на насоката на ширење на бранот. Линијата по која се движи брановата енергија се нарекува зрак.

2. Рефлексија и прекршување на рамен бран на граница на 2 диелектрика. Закони на рефлексија и прекршување на светлината.

Закон за рефлексија на светлината: упадниот зрак, рефлектираниот зрак и нормално на интерфејсот

медиумите на местото на удар лежат во истата рамнина. Аголот на инциденца е еднаков на аголот на рефлексија (α = β). Покрај тоа, инцидентот и рефлектираните зраци лежат на спротивни страни од нормалата.

Закон за прекршување на светлината: упадниот зрак, прекршениот зрак и нормалата на интерфејсот во точката на инциденца лежат во иста рамнина. Односот на синусот на аголот на инциденца до синусот на аголот на прекршување е константна вредност за овие два медиума и се нарекува релативен индекс на прекршување или индекс на прекршување на вториот медиум во однос на првиот.

sin α / sin γ = n21 = n2 / n1

каде n 21 е релативен индекс на рефракција на вториот медиум во однос на првиот,

n 1, n 2 - апсолутни индекси на рефракцијапрвиот и вториот медиум (т.е. индексите на рефракција на медиумот во однос на вакуумот).

Медиум со повисок индекс на рефракција се нарекува оптички погуста. Кога зракот паѓа од оптички помалку густа средина во оптички погуста средина (n2 >n1)

аголот на пад е поголем од аголот на прекршување α>γ (како на сликата).

Кога гредата паѓаод оптички погуста средина до оптички помалку густа средина (n 1 > n 2 ) аголот на пад е помал од аголот на прекршување α< γ . Под одреден агол на инциденца

прекршениот зрак ќе се лизга кон површината (γ =90о). За агли поголеми од овој агол, упадниот зрак целосно се рефлектира од површината ( феномен на целосна внатрешна рефлексија).

3. Кохерентност. Интерференција на светлосни бранови. Шема на пречки од два извора.

Кохерентноста е координирана пенетрација на два или повеќе осцилаторни процеси. Кохерентните бранови кога се додаваат создаваат шема на пречки. Интерференцијата е процес на додавање на кохерентни бранови, кој се состои во прераспределба на енергијата на светлосниот бран во просторот, што се забележува во форма на темни и светли ленти.

Причината за недостатокот на набљудување на пречки во животот е некохерентноста на природните извори на светлина. Зрачењето на таквите извори се формира со комбинација на зрачење од поединечни атоми, од кои секој емитира „парче“ од хармоничен бран, кој се нарекува воз, во рок од ~ 10-8 секунди.

Кохерентни бранови од реални извори може да се добијат со одвојувајќи го бранот на еден изворво две или повеќе, потоа, дозволувајќи им да поминат низ различни оптички патеки, спојте ги во една точка на екранот. Пример е искуството на Јунг.

Должина на оптичката патека на светлосниот бран

L = nl,

каде што l е должината на геометриската патека на светлосниот бран во средина со индекс на прекршување n.

Разлика на оптичката патека помеѓу два светлосни бранови

∆ = L 1 −L 2 .

Услов за засилување на светлината (максимум) при пречки

∆ = ± k λ, каде k=0, 1, 2, 3, λ - светлосна бранова должина.

Состојба на слабеење на светлината (минимум)

∆ = ± (2 k + 1) λ 2, каде k=0, 1, 2, 3……

Растојание помеѓу две интерферентни рабови создадени од два кохерентни извори на светлина на екран лоциран паралелно со два кохерентни извори на светлина

∆y = d L λ ,

каде што L е растојанието од изворите на светлина до екранот, d е растојанието помеѓу изворите

(г<

4. Мешање во тенки филмови. Ленти со еднаква дебелина, еднаков наклон, Њутнов прстен.

Оптичка разлика во патеката на светлосните бранови што се јавува кога монохроматската светлина се рефлектира од тенок филм

∆ = 2 dn 2 −sin 2 i ± λ 2 или ∆ = 2 dn cos r ± λ 2

каде што d е дебелината на филмот; n е индексот на рефракција на филмот; i - агол на инциденца; r е аголот на прекршување на светлината во филмот.

Ако го поправиме аголот на инциденца i и земеме филм со променлива дебелина, тогаш за одредени области со дебелина d интерферентни рабови еднакви

дебелина. Овие ленти може да се добијат со блескање на паралелен зрак светлина на плоча со различни дебелини на различни места.

Ако дивергентниот сноп од зраци е насочен кон рамнина-паралелна плоча (d = const) (т.е. зрак што ќе обезбеди различни агли на инциденца i), тогаш кога зраците што ќе паднат на одредени идентични агли се надредени, ќе се набљудуваат рабовите на пречки , кои се нарекуваат ленти со еднаков наклон

Класичен пример за ленти со еднаква дебелина се Њутновите прстени. Тие се формираат ако монохроматски зрак на светлина е насочен кон плано-конвексна леќа што лежи на стаклена плоча. Њутновите прстени се интерферентни рабови од региони со еднаква дебелина на воздушниот јаз помеѓу леќата и плочата.

Радиусот на Њутновата светлина прстени во рефлектираната светлина

каде k =1, 2, 3…… - прстенест број; R - радиус на искривување. Радиус на темните прстени на Њутн во рефлектираната светлина

r k = kR λ, каде k =0, 1, 2, 3…….

5. Облога на оптика

Облогата на оптика се состои од нанесување на тенок проѕирен филм на површината на стаклениот дел, кој поради пречки го елиминира одразот на упадната светлина, со што се зголемува отворот на уредот. Индекс на рефракција

антирефлексниот филм n мора да биде помал од индексот на прекршување на стаклениот дел

n за . Дебелината на овој антирефлективен филм е пронајдена од состојбата на слабеење на светлината при пречки според формулата

d min = 4 λ n

6. Дифракција на светлината. Принципот Хајгенс-Френел. Френелова дифракција. Метод на зона на Френел. Векторски дијаграм на Френеловите зони. Френелова дифракција на наједноставните пречки (кружна дупка).

Дифракција на светлината е збир на феномени кои се состојат во редистрибуција на светлосниот флукс за време на минување на светлосниот бран во медиум со остри нехомогености. Во потесна смисла, дифракцијата е свиткување на брановите околу пречките. Дифракцијата на светлината доведува до кршење на законите на геометриската оптика, особено законите за праволиниско ширење на светлината.

Не постои фундаментална разлика помеѓу дифракција и интерференција, бидејќи и двата феномени водат до прераспределба на енергијата на светлосниот бран во вселената.

Се прави разлика помеѓу Фраунхоферовата дифракција и Френеловата дифракција.

Фраунхоферска дифракција– дифракција во паралелни зраци. Набљудувано кога екранот или точката на гледање се наоѓаат далеку од пречката.

Френелова дифракција- Ова е дифракција во конвергирачките зраци. Набљудувано на блиско растојание од пречка.

Феноменот на дифракција е објаснет квалитативно Принципот на Хајгенс: Секоја точка на брановиот фронт станува извор на секундарни сферични бранови, а фронтот на новиот бран го претставува обвивката на овие секундарни бранови.

Френел го дополни принципот на Хајгенс со идејата за кохерентност и мешање на овие секундарни бранови, што овозможи да се пресмета интензитетот на бранот за различни насоки.

Принцип Хајгенс-Френел: Секоја точка на брановиот фронт станува извор на кохерентни секундарни сферични бранови, а како резултат на мешањето на овие бранови се формира нов брановиден фронт.

Френел предложил поделба на симетричните бранови површини во посебни зони, чии растојанија од границите до точката на набљудување се разликуваат за λ/2. Соседните зони дејствуваат во антифаза, т.е. се одземаат амплитудите генерирани од соседните зони на точката на набљудување. За да се најде амплитудата на светлосниот бран, методот на зона Френел користи алгебарско собирање на амплитудите создадени во оваа точка од зоните на Френел.

Радиус на надворешната граница на m-та прстенест Френел зона за сферична бранова површина

r m = m a ab + b λ,

каде што a е растојанието од изворот на светлина до површината на бранот, b е растојанието од површината на бранот до точката на набљудување.

Векторски дијаграм на Френеловата зонае спирала. Користењето на векторски дијаграм го олеснува наоѓањето на амплитудата на добиената осцилација

Јачината на електричното поле на бранот А (и, соодветно, интензитетот I ~ A 2 ) во центарот на шемата на дифракција кога светлосниот бран е дифракција на различни пречки. Добиениот вектор А од сите зони на Френел е векторот што ги поврзува почетокот и крајот на спиралата.

За време на Френеловата дифракција, ќе се забележи темна точка (минимален интензитет) на тркалезна дупка во центарот на дифракциската шема ако парен број Френелови зони се вклопуваат во дупката. Максимумот (светлосна точка) се забележува ако во дупката се стават непарен број зони.

7. Фраунхофер дифракција со процеп.

Аголот ϕ на отклонување на зраците (агол на дифракција), што одговара на максимумот (светлосна лента) за време на дифракција со еден тесен процеп, се одредува од условот

b sin ϕ = (2 k + 1) λ 2, каде k= 1, 2, 3,...,

Аголот ϕ на отклонување на зраците, што одговара на минимумот (темната лента) за време на дифракција со тесен процеп, се одредува од условот

b sin ϕ = k λ , каде k= 1, 2, 3,...,

каде b е ширината на слотот; k е редниот број на максимумот.

Зависноста на интензитетот I од аголот на дифракција ϕ за процепот има форма

8. Фраунхофер дифракција со дифракциона решетка.

Еднодимензионален дифракциона решеткае систем на периодично лоцирани проѕирни и непроѕирни за светло области.

Проѕирната област е слот со ширина b. Непроѕирните области се процепи со ширина a. Големината a+b=d се нарекува период (константа) на дифракционата решетка. Дифракционата решетка го дели светлосниот бран што се спушта на неа на N кохерентни бранови (N е вкупниот број на цели во решетката). Дифракционата шема е резултат на суперпозиција на моделите на дифракција од сите поединечни процепи.

ВО се набљудуваат насоките во кои брановите од процепите меѓусебно се зајакнуваатголеми издигнувања.

ВО во правци во кои ниту еден од процепите не испраќа светлина (за процепите се забележани минимуми), се формираат апсолутни минимуми.

ВО насоки каде брановите од соседните процепи се „гасат“ меѓу себе, се забележува

секундарни минимуми.

Помеѓу секундарните минимуми има слаби секундарни издигнувања.

Зависноста на интензитетот I од аголот на дифракција ϕ за дифракциона решетка има форма

Агол ϕ на отклонување на зракот што одговара на главен максимум(светлосна лента) кога светлината е дифракција на решетка за дифракција, одредена од состојбата

d sin ϕ = ± m λ , каде што m= 0, 1, 2, 3,...,

каде што d е периодот на дифракционата решетка, m е редниот број на максимумот (редослед на спектарот).

9. Дифракција со просторни структури. Формула Вулф-Брег.

Формулата Вулф-Брег ја опишува дифракцијата на Х-зраците од

кристали со периодичен распоред на атоми во три димензии

Од (4) следува дека резултатот од додавањето на два кохерентни светлосни зраци зависи и од разликата на патеката и од светлосната бранова должина. Брановата должина во вакуум се определува со количината , каде Со=310 8 m/s е брзината на светлината во вакуум, и – фреквенција на светлосни вибрации. Брзината на светлината v во кој било оптички проѕирен медиум е секогаш помала од брзината на светлината во вакуум и односот
повикани оптичка густинаживотната средина. Оваа вредност е нумерички еднаква на апсолутниот индекс на рефракција на медиумот.

Фреквенцијата на светлосни вибрации одредува бојасветлосен бран. Кога се движите од една средина во друга, бојата не се менува. Ова значи дека фреквенцијата на светлосни вибрации во сите медиуми е иста. Но, тогаш, кога светлината поминува, на пример, од вакуум во медиум со индекс на рефракција nбрановата должина мора да се промени
, кој може да се конвертира вака:

,

каде што  0 е брановата должина во вакуум. Односно, кога светлината преминува од вакуум во оптички погуста средина, брановата должина на светлината е се намалуваВ nеднаш. На геометриската патека
во средина со оптичка густина nќе одговара

бранови (5)

Магнитуда
повикани должина на оптичката патекасветлина во материјата:

Должина на оптичка патека
светлината во супстанцијата е производ на должината на нејзината геометриска патека во оваа средина и оптичката густина на медиумот:

.

Со други зборови (види релација (5)):

Должината на оптичката патека на светлината во супстанцијата е нумерички еднаква на должината на патеката во вакуум, на која се вклопува ист број на светлосни бранови како и на геометриската должина во супстанцијата.

Бидејќи резултатот од пречки зависи од фазно поместувањепомеѓу интерферентните светлосни бранови, тогаш е неопходно да се оцени резултатот од пречки оптичкиразлика на патеката помеѓу два зраци

,

кој содржи ист број бранови без разликана оптичката густина на медиумот.

2.1.3. Мешање во тенки филмови

Поделбата на светлосните зраци на „половини“ и појавата на шема на пречки е исто така можна во природни услови. Природен „уред“ за делење на светлосните зраци на „половини“ се, на пример, тенки филмови. Слика 5 покажува тенок проѕирен филм со дебелина , на кој под агол Паѓа зрак од паралелни светлосни зраци (рамнински електромагнетен бран). Зракот 1 делумно се рефлектира од горната површина на филмот (зрак 1), а делумно се прекршува во филмот

ки под агол на прекршување . Прекршениот зрак делумно се рефлектира од долната површина и излегува од филмот паралелно со зракот 1 (зракот 2). Ако овие зраци се насочени кон собирна леќа Л, потоа на екранот E (во фокусната рамнина на објективот) ќе пречат. Резултатот од пречки ќе зависи од оптичкиразликата во патеката на овие зраци од точката „поделба“.
до местото на состанокот
. Од сликата е јасно дека геометрискиразликата во патеката на овие зраци е еднаква на разликата геом . =ABC–AД.

Брзината на светлината во воздухот е речиси еднаква на брзината на светлината во вакуум. Затоа, оптичката густина на воздухот може да се земе како единство. Ако оптичката густина на филмскиот материјал n, потоа должината на оптичката патека на прекршениот зрак во филмот ABCn. Покрај тоа, кога зракот 1 се рефлектира од оптички погуста средина, фазата на бранот се менува на спротивна, односно половина бран се губи (или обратно, се добива). Така, разликата во оптичката патека на овие зраци треба да биде напишана во форма

 на големо . = ABCn – АД  /  . (6)

Од сликата е јасно дека ABC = 2г/cos р, А

AD = ACгрев јас = 2г tg ргрев јас.

Ако ја ставиме оптичката густина на воздухот n В=1, тогаш познат од училишниот курс Снелов закондава за индексот на прекршување (оптичка густина на филмот) зависноста

. (6а)

Заменувајќи го сето ова во (6), по трансформациите ја добиваме следнава врска за разликата на оптичката патека на интерферентните зраци:

Бидејќи Кога зракот 1 се рефлектира од филмот, фазата на бранот се менува на спротивна, тогаш условите (4) за максимално и минимално пречки се менуваат:

- состојба макс

- состојба мин. (8)

Може да се покаже дека кога поминувањесветлината низ тенок филм, исто така, создава шема на пречки. Во овој случај, нема да има загуба од половина бран, а условите (4) се исполнети.

Така, условите максИ минпри интерференција на зраците што се рефлектираат од тенок филм, се одредуваат со односот (7) помеѓу четири параметри -
Го следи тоа:

1) во „комплексна“ (немонохроматска) светлина, филмот ќе биде обоен со бојата чија бранова должина ја задоволува состојбата макс;

2) менување на наклонот на зраците ( ), можете да ги промените условите макс, правејќи го филмот или темно или светло, и со осветлување на филмот со различен зрак на светлосни зраци, можете да добиете пруги« еднаков наклон“, што одговара на состојбата макспо агол на пад ;

3) ако филмот има различни дебелини на различни места ( ), тогаш ќе биде видливо ленти со еднаква дебелина, на кој се исполнети условите макспо дебелина ;

4) под одредени услови (услови минкога зраците се спуштаат вертикално на филмот), светлината што се рефлектира од површините на филмот ќе се поништи една со друга, и рефлексиинема да има од филмот.