Файл: Osnovnye_ponyatia_geometricheskoy_optiki.docx

15. Выводы из метода зон Френеля. Зонные пластинки.

площадь зоны Френеля не зависит от номера зоны i. Это значит, что при не слишком больших i площади соседних зон одинаковы.

      В то же время с увеличением номера зоны возрастает угол  и, следовательно, уменьшается интенсивность излучения зоны в направлении точки M, т.е. уменьшается амплитуда . Она уменьшается также из-за увеличения расстояния до точки M:

.

      Общее число зон Френеля, умещающихся на части сферы, обращенной в сторону точки M, очень велико: при , , число зон , а радиус первой зоны .

      Отсюда следует, что углы между нормалью к зоне и направлением на точку M у соседних зон примерно равны, т.е. что амплитуды волн, приходящих в точку M от соседних зон, примерно равны.

 Таким образом, результирующая амплитуда, создаваемая в некоторой точке M всей сферической поверхностью, равна половине амплитуды, создаваемой одной лишь центральной зоной, а интенсивность .

      Так как радиус центральной зоны мал ( ), следовательно, можно считать, что свет от точки P до точки M распространяется прямолинейно.

      Если на пути волны поставить непрозрачный экран с отверстием, оставляющим открытой только центральную зону Френеля, то амплитуда в точке M будет равна . Соответственно, интенсивность в точке M будет в 4 раза больше, чем при отсутствии экрана (т.к. ). Интенсивность света увеличивается, если закрыть все четные зоны.

Зонная пластинка — плоскопараллельная стеклянная пластинка с выгравированными концентрическими окружностями, радиус которых совпадает с радиусами зон Френеля. Зонная пластинка «выключает» чётные либо нечётные зоны Френеля, чем исключает взаимную интерференцию (погашение) от соседних зон, что приводит к увеличению освещённости точки наблюдения. Таким образом, зонная пластинка действует как собирающая линза.

Также зонная пластинка представляет собой простейшую голограмму — голограмму точки.

16. Дифракция света Фраунгофера на щели.

Дифракция Фраунгофера(дифракция в || пучках) наблюдается, если источник света и экран расположены настолько далеко, что падающие и дифрагирующие пучки можно считать параллельными. В лабораторных условиях такое можно осуществлять, если на пути падающего и дифрагирующих пучков расположены линзы, причём в фокусе 1-ой линзы помещается точный источник света, а в фокусе 2-ой экран наблюдения.

Пусть дифракционные лучи идут к наблюдателю под угломпо отношению к направлению падающего пучка света. Разобьём ширину щели на такие зоны Шустера чтобы разность хода волн от краёв соседних зон отличающих на.В этом случае в щели уложится зон. Поскольку разность хода, зав. от угла, то и число зон, которое уложится в число зон зав. от угла⇒ результирующая интенсивность так же зависит от числа зон. Если на щели уложится чётное число зон, то они взаимно скомпенсируют друг друга и результирующая интенсивность окажется = 0. Углы соответствующие минимуму освещённости будут определятся по формуле(условие мин. при дифракции на щели ).

Если в щели уложится не чётное число зон , то в данном направлении будет наблюдаться мах. :(условие мах.при дифракции на щели).

17. Дифракционная решётка. Спектральные харак-и дифр. Решётки.

Дифракционная решётка.Систему || щелей один. Ширины в разделённых непрозрачными промежутками одинаковой шириныа наз. дифракционной решёткой.

(постоянная или период дифракционной решётки)l-длина решётки,n-числоштри- число штрихов на единицу длины.

Пусть на дифрак. решётку нормально падает параллел. пучок света. Каждая щель в направлении определяемое выражениемсоздаёт мин.,т.е. 0,⇒ и вся решётка в целом так же создаёт в этом направлении мин.,⇒ -условиеглавных мин. при дифракции на решётке.

Вторичные пучки посылаемые главной щелью будут когерентными. Из рис. видно что разность хода лучей идущих от соседних щелей:(условие главного мах)

В результате интерференция вторичных пучков происходит дополнительно перераспределение интенсивно по сравнению с дифракцией на 1 щели. В результате между соседними главными мах. возникает дополн. мин. ,идополн. мах. малой интенсивности , где-число щелей дифр. решётки. Дополн. мин определяется:,-1,2,3,….,…..,Если взять полный ряз чисел, то формула дифр. решётки:.

Спектральные харак-и дифр. решётки:1.Угловая дисперсия, средняя угловая дисперсия2.Линейная дисперсия,,-фокусное расстояние линзы 3.Разрешающая способность решётки,,,- ф-ла Релея.

18. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора (рис. 272, а; луч перпендикулярен плоскости рисунка). В данном случае равномерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е - одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н) называется естественным.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление колебаний вектора Е (рис. 272, б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е (и, следовательно, Н) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 272, в), называется плоскополяризованным (линейно поляризованным).

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации. Плоскополяризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного света - света, для которого вектор Е (вектор Н) изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу. Если эллипс поляризации вырождается (см. § 145) в прямую (при разности фаз j, равной нулю или p), то имеем дело с рассмотренным выше плоскополяризованным светом, если в окружность (при j = ± p/2 и равенстве амплитуд складываемых волн), то имеем дело с циркулярно поляризованным (поляризованным по кругу) светом.

Различают следующие основные виды поляризации

1. Ориентационная поляризация (полярные диэлектрики).

2. Деформационная или электронная поляризация (неполярные диэлектрики).

3.  Ионная поляризация (кристаллы).

4. Сегнетоэлектрики и пироэлектрики.

19. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера.

Если угол падения света на границу раздела двух прозрачных диэлектриков (например, на поверхность стеклянной пластинки) отличен от нуля, то отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (плоскость рисунка). В преломленном луче - колебания, параллельные плоскости падения (см.рис.5). Поляризацию объясняет электромагнитная теория Максвелла.

Закон Брюстера: Отраженный свет полностью линейно поляризован при угле падения a _Бр , удовлетворяющем условию

tga _Бр=n₂/n₁ (7)

При этом преломленный свет поляризован не полностью и угол между отраженным и преломленным лучами равен 90°.