Полосы равной толщины (интерференция от плёнки переменной толщины, клина).

В клине с малым углом между боковыми гранями, как и в плоскопараллельной пластинке, интерферируют когерентные лучи, отразившиеся от верхней и нижней поверхностей клина..

Интерференционные полосы, возникающие в результате интерференции от мест одинаковой толщины, называются полосами равной толщины.

Так как грани клина не параллельны между собой, то интерферирующие лучи пересекаются вблизи поверхности клина. Если свет падает нормально, то полосы равной толщины локализуются на верхней поверхности клина.

Интерферометр — измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучокэлектромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков.

Интерферометры применяются как при точных измерениях длин, в частности в станкостроении и машиностроении, так и для оценки качества оптических поверхностей и проверкиоптических систем в целом.

Голография -набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей.

Данный метод был предложен в 1947 году^[1] Дэннисом Габором, он же ввёл термин голограмма^[2] и получил «за изобретение и развитие голографического принципа» Нобелевскую премию по физике в 1971 году^[3].

 Разрешающая способность спектральных приборов, и, в частности, дифракционной решетки, также как и предельное разрешение оптических инструментов, создающих изображение объектов (телескоп, микроскоп) определяется волновой природой света. Принято считать, что две близкие линии в спектре m-го порядка различимы, если главный максимум для длины волны λ + Δλ отстоит от главного максимума для длины волны λ не менее, чем на полуширину главного максимума, то есть на δθ = λ / Nd. По существу, это критерий Релея, 

 Пространственной, или трехмерной, дифракционной решеткой называется такая оптически неоднородная среда, в которой неоднородности периодически повторяются при изменении всех трех пространственных координат.    Условия прохождения света через обычную дифракционную решетку периодически изменяются только в одном направлении, перпендикулярном к оси щели. Поэтому такую решетку называют одномерной.

ДИФРАКТОМЕТРИЯ

— метод измерения интенсивности и направления дифрагированного от исследуемого объекта рентгеновского излучения с помощью специальных устройств — счетчика квантов рентгеновского излучения и электронного измерительно-регистрирующего приспособления. В отличие от фотографических методов рентгеноструктурного анализа обеспечивает более высокую точность и чувствительность при сокращении времени на съемку и полном исключений операций по обработке пленки.

Итак, дисперсия света – это зависимость показателя преломления вещества от частоты световой волны   . Эта зависимость не линейная и не монотонная. Области значения ν, в которых        (или      )  (10.2.1)   соответствуют нормальной дисперсии света (с ростом частоты ν показатель преломления n увеличивается). Нормальная дисперсия наблюдается у веществ, прозрачных для света. Например, обычное стекло прозрачно для видимого света, и в этой области частот наблюдается нормальная дисперсия света в стекле. На основе явления нормальной дисперсии основано «разложение» света стеклянной призмой монохроматоров. Дисперсия называется аномальной, если      (или     ),  (10.2.2)   т.е. с ростом частоты ν показатель преломления n уменьшается. Аномальная дисперсия наблюдается в областях частот, соответствующих полосам интенсивного поглощения света в данной среде. Например, у обычного стекла в инфракрасной и ультрафиолетовой частях спектра наблюдается аномальная дисперсия.

Молекулярное рассеяние света (релеевское рассеяние света) представляет собой обширную область молекулярной оптики и молекулярной физики. Монография подводит итог современным теоретическим и экспериментальным исследованиям молекулярного рассеяния света в газах, жидкости и твердых телах. В ней описаны методы экспериментального изучения рассеянного света и, в особенности, его спектрального состава с применением разных источников света, включая лазер. В книгу включены и последние новые результаты экспериментального и теоретического исследования вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна. В книге собрано большое количество экспериментальных данных в виде таблиц и графиков. Монография является первой на русском языке и наиболее полной в мировой литературе по молекулярному рассеянию света. 

МУТНЫЕ СРЕДЫ- среды, в к-рых распространение света сопровождается значит. рассеянием, влияющим на условия распространения, вследствие чего нарушается прозрачность среды. Рассеяние света в среде происходит на её оптич. неоднородностях, что было установлено Л. И. Мандельштамом в 1907. Среда может быть мутной вследствие неоднородности структуры, наличия в ней посторонних макроскопич. частиц и включений (дымы, туманы, облака, коллоидные растворы). Флуктуации плотности, возникающие из-за теплового движения частиц, могут привести к резкому увеличению рассеяния, и среда станет сильно мутной ( опалесценция критическая). Среда может стать мутной при резонансном рассеянии.

Аномальная диспе́рсия — вид дисперсии света, при которой показатель преломления среды уменьшается с увеличением частоты световых колебаний.

,

где   — показатель преломления среды,

 — частота волны.

Согласно современным представлениям и нормальная, и аномальная дисперсии представляют собой явления единой природы. Эта точка зрения основывается на электромагнитной теории света, с одной стороны, и на электронной теории вещества, — с другой. Термин «аномальная дисперсия» сохраняет сегодня лишь исторический смысл, поскольку «нормальная дисперсия» — это дисперсия вдали от длин волн, при которых происходит поглощение света данным веществом, а «аномальная дисперсия» — это дисперсия в области полос поглощения света веществом. Аномальная дисперсия обусловлена взаимодействием света с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны. Для видимого света частота столь велика (ν~10¹⁵ Гц), что существенны лишь вынужденные колебания внешних (наиболее слабо связанных) электронов атомов, молекул или ионов. Эти электроны называют оптическими электронами. В процессе вынужденных колебаний оптических электронов в поле монохроматической волны с частотой ν периодически изменяются дипольные электрические моменты молекул и последние излучают вторичные электромагнитные волны той же частоты ν^[1].

Оптическая Фурье-фильтрация позволяет селективно изменять поперечную структуру лазерного пучка, перераспределяя его интенсивность и/или фазу. Наиболее важные результаты, касающиеся этой общей идеи, были получены в 50е-70е годы прошлого века. Тем не менее, пионеры Фурье-оптики любезно оставили некоторые частные задачи для своих последователей.

Элементы Фурье-оптики

Обычно в курсах оптики при рассмотрении дифракционных задач применяется принцип Гюйгенса–Френеля. Фронт волны (или другая поверхность) разбивается на элементарные площадки, излучающие вторичные сферические волны. Суммирование этих волн позволяет построить дифракционное изображение. В то же время во многих задачах, связанных с распространением света, более естественно и удобно вместо принципа Гюйгенса–Френеля использовать метод Рэлея, который состоит в разложении волнового поля не по сферическим, а по плоским волнам.

Важное преимущество разложения по плоским волнам состоит в том, что оно основано на преобразовании Фурье, математический аппарат которого доведен до инженерных расчетов. Математический аппарат преобразования Фурье позволяет применять для описания оптических явлений радиофизический язык и перенести в оптику многие идеи, возникшие первоначально в радиофизике. Метод аналогий на основе общих математических моделей позволяет систематизировать широкий круг волновых явлений. Такие известные оптические методы как голография, пространственная фильтрация, метод фазового контраста и т.д. имеют хорошо разработанные радиофизические аналоги. Им отведено большое место в литературе, установилась терминология, выработаны схемы решения типичных задач.

Математическое содержание метода Фурье сводится к представлению произвольных функций в виде дискретной или непрерывной совокупности гармонических функций. Такое представление играет исключительную роль в линейных физических задачах. В радиофизике обычно интерес представляют электрические сигналы, заданные в виде функций времени f(t). В широком круге задач когерентной оптики основной интерес представляет не временной ход процессов, а пространственная структура поля, заданная в некоторой плоскости в виде функции координат f(х, у), или в простейшем (одномерном) случае – в виде функции одной координаты f(x). Физический смысл функции f(х) (или f(х, у)) будет ясен из дальнейшего изложения. Она называетсякомплексной амплитудой поля.

Как будет показано в последующих главах, Фурье-разложение функции f(x) позволяет представить волновое поле в виде совокупности плоских волн, что упрощает решение многих задач распространения и дифракции волн.

Спектральными называются оптические приборы, в которых осуществляется разложение электромагнитного излучения оптического диапазона на монохроматические составляющие. Такие приборы используются для качественного и количественного исследования спектрального состава света, излучаемого, поглощаемого, отражаемого или рассеиваемого веществом. Эти исследования позволяют судить о свойствах вещества, его химическом составе и характере физических процессов, связанных с излучением или взаимодействием света с веществом. Спектральные приборы применяются также для получения излучения заданного спектрального состава.

Монохроматоры предназначены для выделения излучения в пределах заданного спектрального интервала. Оптическая система монохроматора включает в себя входную щель, коллиматорный объектив, дифракционную решетку, фокусирующий объектив и выходную щель, которая выделяет излучение, принадлежащее узкому интервалу длин волн. В монохроматорах всегда имеется возможность сканирования спектра путем поворота дифракционной решетки вручную либо с помощью специального механизма.

Спектрографы предназначены для одновременной регистрации относительно широкой области спектра. В отличие от монохроматоров, в фокальной плоскости фокусирующего объектива вместо выходной щели устанавливается многоэлементный приемник (фотодиодная линейка, ПЗС линейка, ПЗС матрица и др.), позволяющий регистрировать оптическое излучение в пределах определенного поля. Спектрографы используются преимущественно в ультрафиолетовой (УФ), видимой и ближней инфракрасной (ИК) областях спектра, что обусловлено имеющимися в настоящее время многоэлементными приемниками излучения (190 — 2600 нм).

Основными характеристиками спектральных приборов, определяющими их свойства и возможности, являются:

• рабочий спектральный диапазон,

• светосила и относительное отверстие,

• дисперсия и разрешающая способность,

• уровень рассеянного света,

• компенсация астигматизма.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ СВЕТ — свет с быстро и беспорядочно изменяющимся направлением колебаний напряженностей электромагнитного поля, причем все направления колебаний, перпендикулярные лучу, равновероятны. В соответствии с этим при разложении Е. с. на два пучка, поляризованные в любых двух взаимно перпендикулярных направлениях, получаются две некогерентные компоненты равной интенсивности. Большинство источников света (раскаленные тела, светящиеся газы) испускают свет, близкий к естественному, но обычно в небольшой степени поляризованный. Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь естественного и плоско поляризованного.

Волновой пакет — определённая совокупность волн, обладающих разными частотами, которые описывают обладающую волновыми свойствами формацию, в общем случае ограниченную во времени и пространстве. Так, в квантовой механике описание частицы в виде волновых пакетов способствовало принятию статистической интерпретации квадрата модуля волновой функции.^[1]

Групповая скорость — это кинематическая характеристика диспергирующей волновой среды, обычно интерпретируемая, как скорость перемещения максимума амплитудной огибающей узкого квазимонохроматического волнового пакета.

волновой пакет — это ряд возмущений, ограниченных во времени с перерывами между ними. Одно беспрерывное возмущение такого ряда называется цуг волн. В теории волновой пакет описывается как сумма всевозможных плоских волн, взятых с определёнными весами. В случае нелинейных волн, форма огибающей волнового пакета эволюционирует с течением времени;

ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ, световые волны, электромагнитные колебания которых распространяются только в одном направлении. ОбычныйСВЕТ распространяется во всех направлениях, перпендикулярных к направлению его движения. В зависимости от сетки колебаний ученые различают три вида поляризации: линейную (плоскостную), круговую и эллиптическую. В линейно поляризованном свете электрические колебания ограничиваются только одним направлением, и магнитные колебания направлены под прямыми углами. Линейно поляризованный свет возникает при ОТРАЖЕНИИ, например, от листа стекла или поверхности воды, при прохождении света через некоторые виды кристаллов, например, кварца, турмалина или кальцита. Поляризационный материал используется в поляризующих солнцезащитных очках для того, чтобы ослабить яркий свет путем отведения света, поляризующегося при отражении.