- •Волновая и квантовая оптика
- •1. Основные законы оптики.@
- •1. 1. Элементы геометрической оптики.@
- •1. 2. Явление полного внутреннего отражения.@
- •1. 3. Электромагнитная теория света.@
- •1. 4. Принцип Гюйгенса. @
- •2. Интерференция световых волн.@
- •2. 1. Расчет интерференционной картины.@
- •2. 2. Метод Юнга. Получение интерференционной картины.@
- •2. 3. Интерференция света в тонких пленках.@
- •2. 4. Применение интерференции.@
- •3.Дифракция света. @
- •3. 1. Принцип Гюйгенса-Френеля.@
- •3. 2. Метод зон Френеля.@
- •3. 3. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске.@
- •3. 4. Дифракция Фраунгофера на прямоугольной щели.@
- •3. 5. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.@
- •3. 6. Дифракция рентгеновских лучей.@
- •3. 7. Дисперсия и разрешающая сила спектрального прибора.@
- •4. Поляризация света.@
- •4. 1. Естественный и поляризованный свет.@
- •4. 2. Поляризация света при отражении и преломлениина границе раздела двух диэлектрических сред. Закон Брюстера. @
- •4. 3. Поляризация света при двойном лучепреломлении.@
- •4. 4. Поляризация света.@
- •4. 5. Анализ плоскополяризованного света. Закон Малюса.@
- •4. 6. Интерференция поляризованных лучей.@
- •4. 7. Искусственная оптическая анизотропия.@
- •4. 8. Оптическая активность веществ.@
- •5. Взаимодействие электромегнитных волн с веществом.@
- •5. 1. Поглощение света.@
- •5. 2. Дисперсия света.@
- •5. 3. Отражение и пропускание света. Окраска тел в природе.@
- •6. Тепловое излучение тел.@
- •6. 1. Характеристики теплового излучения.@
- •6. 2. Закон Кирхгофа.@
- •6. 3. Законы Стефана-Больцмана и Вина.@
- •6. 4. Квантовый характер излучения.@
- •6. 5. Пирометрия и пирометры.@
- •7. Фотоэлектрический эффект.@
- •А.Г.Столетов два года исследовал новое явление и установил следующие закономерности внешнего фотоэффекта:
4. 4. Поляризация света.@
Устройства, которые служат для поляризации света, называются поляризаторами.В качестве поляризаторов можно использовать:
cтопу Столетова, действие которой основано на поляризации света при отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектриков (рис. 4. 7);
поляризационные призмы, действие которой основано на поляризации света при двойном лучепреломлении.
поляроиды, действие которых основано на свойствах дихроичных кристаллов.
Высококачественным поляризатором является поляризационнаяпризмаНиколя(или простониколь), действие которой основано на поляризации света при двойном лучепреломлении в исландском шпате. Призма Николя (рис. 4.11) представляет собой две призмы из исландского шпата, склеенные вдоль линииАВканадским бальзамом, показатель преломления которого равенnк.б. = 1,55. Оптическая осьОО' призмы составляет с входной гранью угол 480. Падая на грань призмыАС, естественный луч раздваивается на два луча: обыкновенный (nо = 1,66) и необыкновенный (nе = 1,51). Попадая на границу раздела "исландский шпат – канадский бальзам" обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение, так как этот луч распространяется из оптически более плотной в оптически менее плотную среду (nо>nк.б.>nе) и угол падения 76,50больше предельного угла, а затем поглощается зачерненной граньюСВ. Необыкновенный луч свободно проходит через призму и выходит из нее плоскополяризованным.
Поляроиды, действие которых основано на свойствах дихроичных кристаллов, представляют собой целлулоидную пленку в которую вкраплены большое количество одинаково ориентированных кристалликов (например, геропатита). Поляроиды по сравнению с призмами менее прозрачны и в них степень поляризации сильно зависит от длины волны падающего света. Преимуществом перед призмами является только то, что их можно изготовить с большей площадью поверхности.
4. 5. Анализ плоскополяризованного света. Закон Малюса.@
Глаз человека не может отличить поляризованный свет от естественного, поэтому для анализа поляризованного свет необходимо использовать поляризаторы, которые в этом случае называются анализаторами.Все ранее перечисленные поляризующие устройства можно использовать для анализа поляризации света. Анализировать поляризованность света первым предложил французский физик Э. Малюс (1775-1812), установив закон изменения интенсивности поляризованного света.
Возьмем в качестве поляризатора и анализатора дихроичный кристалл турмалин (рис. 4.12). Пусть естественный свет падает перпендикулярно оптической оси ОО' поляризатора П. Через поляризатор свободно пройдут колебания светового вектора, параллельные плоскости поляризатора. Колебания светового вектора, перпендикулярные плоскости поляризации, полностью поглотятся кристаллом турмалина. Ранее уже говорилось о том, что любое колебание вектораЕсможно представить как результат сложения двух взаимно перпендикулярных векторовЕх иЕу(рис. 4. 2), а так как колебания вектораЕсестественного света хаотичны и равновероятны, то интенсивность света, прошедшего через поляризатор, равна половине интенсивности падающего естественного света:
Если плоско поляризованный свет падает на анализатор А (рис. 4.13), то через него пройдет только составляющая, параллельная главной плоскости анализатора:
Е = Е0 cos,
где - угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора. Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды (I ~E2) ,тодля интенсивности света I, вышедшего из анализатора получаем:
I = I0 cos2,
где I0 – интенсивность света, падающего на анализатор. Этот закон называется законом Малюса.Если естественный свет с интенсивностьюIестпроходит последовательно сквозь поляризатор и анализатор, то выходящий свет имеет интенсивность
.
При = 0 (плоскости поляризатора и анализатора параллельны) интенсивность максимальнаImax= 1/2Iест, при= π/2 (плоскости поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны) интенсивность минимальнаImin= 0.
Для анализа поляризованности света анализатор нужно вращать вокруг луча, если при этом можно найти такое положение, при котором свет сквозь него не проходит (интенсивность становится равной нулю), то такой свет полностью поляризован; если при вращении анализатора интенсивность света не изменяется, такой свет будет естественный.