fizika_metodichka

Ц льдействительногор оты: Ознакомлениемнимогос гологизображенияическимипредметхемами,с голограммыполучение.

О ору о ни : елий-неоновый лазер,

расширитель лазерного пучка,

тиски, экран, изготовленные голограммы.

1. К АТКАЯ ТЕО ИЯ

в л , ос ованный

ологра я это спос б зап

восст

на регистрацèи распределения

ановленияинтер ере ционной кар

òèíå,

ïðè

ëîæ

нтенсивностипредмет

волны с когерентной ñ íåé

тическомбинацииомбинациейв закЗарегистрированнаядированномнтер еренционнде содержится ин ормацияНо орме

опорнîбразованнойлной.

íà

томатериале картина назы

я голограммой. Вид

й картины не имеет ник

îé ê

полос

д ракционных рагментов.

â ýòîé

ваетсго х дства с предм том

ïðè

зуальном

смотрении кажется акх

-

предмет .

ассмотрим с

ïîã

щью рисунк

1

~

Eîï

логра ическую

õå

му записи

âîñ

жановленияпредметзобра.На

ïà

1

Ç

Eîï

2

Ç

~

S

S

дноголны,выеисточидуоге-

~

ï

èñ. 1. 3

никщиерентныедаютяотопластинкуееПерваясветскладывают

E

точниксредственно1а).

волна,S (рисотопластинку,отраженная.отназываетсплоскогоязеркалаопорнойЗ. иИзлучениепадающаяенностинепоис-

п ляй предметнуюпредметнойпадает волнупредмет,.Пустьи

рассеянныйвекторынапряжот г свет

эпредстктрическогодовательно,вляетS дновременнособ

ï è

порной

~ормойскалярнымзаписи~опсложениемволныпараллельны,.Дляудоб-

ëå воспользуеìñÿîжнокомплекограничитьсясной121

E

ñòâà

E

Çä ñü

E = E + E = a eiϕ + a eiϕ

= a0e iϕ0 .

предметной, опорной п

îï

Умножимa a

îáå, a0части, ϕ , результирующейвыраженияϕ , ϕ0 амплитудыволн. и азы, соответственно,

ла, тогда получим

(1) на комплексно сопряженные чис-

(2) на величину c√ε, окончательно получим

2

2

2

амплитуды, в частно(2)

сти,Интенсивность всегдаaï + aпропорциональна+ 2a a cos (ϕпквадрату− ϕîï) = a0 .

Èç

c√

εa02

p

îëí,

I1, I2 интенс вности

мость)I .=Умíîæèм(обе частискорость света, ε диэлектрическая проницае-

8π

выражение

8π

cosопорной(ϕ − ϕîï

ãäå

I = I1 + I2 + 2

I1I2

(3)

предметнойинтер еренции

со тветственно.

â ëí(3)навиднотî,пластчто в кр зульплоскостиате

предметнîй и опорной

íîе распределение

анавливаетсY). Из (3)я следуационар-

èí åнсивности, причем,(X, Y )I=I(X,óñò

(4)

Imax = I1 + I2 + 2√

cos (ϕï − ϕîï) = 1 ,

I1I2

Значения

1

2

− 2

√

ï

− ϕ

îï

) = −1 .

1

2

Imin

= I

+ I

I

I

cos (ϕ

процесс

Imax

ëè

получениясоответствуютизображенияна негативный,отопластинкеголограммутемнымучасткам, ес

восстпроисхтокамлнойжеДля.анавливаетсяместо,.дитвосстановлеВрезультперераспределениегона.теЭтоияаходиласьдиизображенияперераспрракцииприпадающегна

Imin

-

тем,делениезаписимикрредмета,îнеоднородн(риснаобъясняетсянее.1б),света,и îñвещаютсветлымяхисоответствииизображенголограммыпомещопорнойучастютв

юйгенса-Френеля

что при падении оп рной волны

дываютспринципомя ежду собой. езультирующие этих волн создают изображе-

гологра

му возник

вторичные с ерические волны, которые скла

ния предмета, причемаютаких

ений возникает два: действительн е

(ðèñ. 1á),

мнимое за

. Мнимое изображениеголограммойжно рас-

мнимое. Действительное изображение появляетс

перед

сматривать

невооруженнымголограммойлазом. Для наблюдения

действительного

122

пластинкначескихси рисункголограх ìинтер2аûì,. ÑóùíноВо-существуетерируютпервых,сть способаýòîäâåòðèчастиднолучеваяпринципиальноабораднойзаключаетсиõåìàòîé æразличныхабора,яволнытом,изображен. чтоОднаголограизотонихàÿè-

рассеивается

объектом, а другая не претерпевает изменений и является

опорной.

2

3

1

4

2

3

1

2

1

3

5

2

1

3

5

èñ. 2.

ñ

ðàç

Более широкое

применениепредметной

лучили сх

де ением опорной

волн (схе емыЛейтпространственными Упатниекса). При

îëогра ировании прозрачных объектов

жет быть использована схе

ма, показанн я на рисунк

2á.

прмостая х

для записи голо-

грамм отражающих объектов

из бражена на рисункема2в.

олстых

исунок 2г иллюстрирует прНаиболеецесс получения голограммы в

отоэмульсиях. При

толс ых эмульсия полученное изоб

ð

àкаливания,

ановитьиспользовании.д. На рисункогерен2 при яты следующие обозначе-

жение можно восст

íåê

òном свете, например,

т лампы

íия : 1 голограммсолнца, 2 расширитель

лазерного пучка, 3 предмет (

á

прозрачный, в, г прозрачный), 4 светоделительная пластинкà,

5

отражающее зеркало.

ассмотрим основные свойства голограмм.

123

2à), àê

àçå. ое изображение всегда позитив ое (светлые мест

предметотопластинки,олограсоответствуютическег

светлым,или позитивнойтемные темным).

независимо от типà

3.

Если при запиативнойголограммы свет от к

точки предмета осве

щает всю поверхность

то каждыаждой малый

ãîëî

граммы способен восстановить из бражение всего предметучасток.

áîâ

отопластинки,ение

совпадаетисточникзображени-

4. При изменении поло

ения в сстанавливающего

à, ïðè èç

менении его длины волны,

àêæå

иентации голограммы

ее масшта

åì

льного предмое

. Êàê

вило,едметакие изменения сопровождаются

àáåðрациями

âî àíî ëåíí ãî

изображения.

5.голограОсобымиическвойстизображами бладают объемные голограммы Денисюка.

âèäå

пространстве о ослоя показателя преломления или

Такие голограммы представляют собой структуру, в котор й поверхно-

сти узлов пучностей ин ер еренци нной

артины зарегистрированы в

îй волизмененийдействует

добно

набору

ди ракционных решеток. Свет,

э ициент

отражения среды. Эò

структура при освещении ее опор

метную волну (рис. 3). Пучки от

слоев будут усиливать друг

çåðê

енныйпот слоев решеток, будет восст

ïðåä-

äлинаругальнотольквгдлинны,ограммыотражвволннатомзаписькоторслучае,источниквосстанйпреслиîизводиласьвлением сплошнразностьразныхизîбгозаписьаженияодаспектрамеждуголограммынапроисхдлиненианавливатьдитравнаволны.Приселекция.освеЭта-

(выбор)щении

λ

использованииголднпозволилгðаеменноическоевпертрехна-

îïâîðëíàÿ

, íà

разныхтрехизображение,выекоторойДанныйдлинахполучитьлазероввеласьтиппримененияволн,записанное.голограммцветное.

λ

Область

гологра ии весь

ìà îá

на. Сейчас

ìå

ýìó

ях де ормаций, вибраций,гологразовыхическиежид

òîäû øèð

используются исследовани

отослольсия

к стных потоков. Уникальные свойства го-

ëîграмм позволяют использовать их для

èñ. 3.

хранения и обработки ин ормации. Бурное

124

2. ПО ЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ АБОТЫ

Схема экспериментальной

установки показана на рисун

1 2

4

4.

3

5

объективасширитель1 линзу 2,лазерно 6

го пучка, включающий микр

ëÿåò

ïîëó èòü

äîëü

ойперемещениемо акпозвос

êè ,

акоптическс ерический волно

âîé

. елий-не новый ла

зер имееронт длину волны λ

=

èñ. 4.

0стрелкморажлограммписывал, 6328ениеноаботами10−6

рассматриватьсьпроецуствыполняетснаголограммаанавливаетсм,рисункру которойяяневооруж4.ная3следствием.экранзаспециальных- енным5расширителя.Мнимоепорядкглазомтисках,.визображнаправлении,действительноеениепредметуказанномизоб4-

×

1 Включите лазер.

получите плоскую вос

2. Путем перемещений линзы 2

ста авливающую волну (диаметр пятна на экране 5 равен диаметру вы

х дной линзы расширителя).

тисках

и перемещением тис-

3 Закреп те г

ìó

ов получите яркое мни

изображениевращениемпредмет с голограммы.

выполнение5. Измальнойизобр(получитеосипунктовà.женияормуПеремещениемголограммы3,волновогохбъект4дящийсяопределите,.изображтискилиронтоврасходящийскаксениепутемголограммойпринаперемещенияэкранеэтомбумагипучок)меняетсяпо5. тносопт.Повторилинзыèтческормальноой2-

Выяснитерасширителяскамьеразмеры

0

двигая тискдействительноелогра , разверни е голограмму на

180

вертик4. Непостройте

6

Закройте ч сть

плотным листом

èëè

.

7.

ïðè ýòîì, ÷òî

ñ

ением.

îò

Восстановите изображениепроизойдет дметизображголограммы Д нисюк

настольной

. Объясните,

почему изменяется цвет прåдметартонапри

изменении углампыосвещения.

125

получения1 Объяснитеголограммизическуювосста сущностьовления г процессов,логра ическоголежащихизображíîâå,.

ракционной2 решеткой?акторы влияют íа качество

являющейсенияди-

3 Какие требования предъявляются к голограммы,источник света при

голограммы?

схемы абора,

а,записиЛейт

4. Охарактеризуйте

и Упатниекса. В чем отличиеголограхемыическиеабора от

õåìû

Денисюка?

1 оджаев Н.М.

кий список

. М.: Высшая школа, 1977. 432 с.

2. Ландсберг .С.ОптикБиблиогра. М.:ичеНаука, 1976. 926 с.

Лабораторная работа • 22

ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯ ИЗОВАННО О СВЕТА

Ц ль р оты: Изучение методов получения и свойств поляризованно-

го света, эк

альная проверк закона Малюса.

О ору о ни : Источн к света,

поляроида, матовое стекло, при-

бор для регистрацисперимент ототокдва.

Свет имеет

1.К АТКАЯ ТЕО ИЯ

волны поперечны.

ïðè

äó. Ñâå

к тором направления

олебан й вåкторапоперечноспряженности

рического

Явление поляризац

дтвержда

овыеь св товых волн. Свет, в

~

времениE остаетс.Конец векпосòîянным,ра à изменяется лишь его величина течением

~

направлению

E в плоскости,126 перпендику

~

которойзываетсЭллиптическияолеблетсоскостьюполярвекторолебаний; перпендикулярная к ней Eплоскость, в

меняетс

~

âåëè èíà, èêнаправлениезованH,ованныйазываетсясветвектора. Приплоскостьюэтом типеполяризации. из-

~

-

эллиптичеров,веветтранения,аê огоможнобразñкторакуюпредстполучитьм,тветствующих÷винтовуюнаавляетплоскость,резульсобойсилиниюразличнымостиперпендикуатеэллипс.Проеслож.моментенияточкамЭллиптическициярнуюдвухдвижениявремени.пространства,Изменениекогерентнаправлениюполяризовконцыконцаíыхпроисобразуютсветовыхэлектлинейнонныйспдити

÷åñê

E

ïî

волн, плоск

олебаний

оторых взаим

перпенди-

êóëÿðизованных.

кругу, или циркулярно

Ñâåò,

изованныйне -

. При таком типе поляризации

величина

светового векто

íÿ òñÿ âî

åìåí ,

онцы световых векторов иксированный момент

светвр мени об азуют

круговую

винто ую линию.

îñòè

т правления вращения вектора

~

дателя,свет-

В зависиполяризованный

левомунавстречукругупр(илилучу,вомуэллипсу)кругуращение.(илиВвекторапеэллипвомñлучаеу),происсвет,дляразличаютнаблюполяризован

поляризованныймотрящего

E

противволн,часовойазрезульплоскостиравнастрелкиатеперпендикунечетномусложенияолебаний.~ Циркучислудвухкоторыхлярнодиткогерентныхвзаимночасовой-

âетвтм ны,жнором нныхполучитьразность

îñïî

Неполяризованныйíûé

рпендику

ñтрелке;

E

плинейва

вектора.взаимноятноВплоскнеполябыстро. Неполяризоов,сти,перпендикулярныхаз.изовЕстественныйхàотическиойаволнелярноймесветколебанийаправлениеяется,,направлениютможно...светследоваспредприхаок

ийстранения,любоекакизменяющейсэлектрическогосложнаправлениеполяризованныйравноверодвухразностью

π/2

áà î

òåëü

тическиставитьраспр

родных

искусственных источник

не поляризован.

ственногоЧастичнолинейно

ñâåò .

-

ñâåò. Ïðè

ом типе поля изации к

я дного направления преобладают надак лебаниями дðугих направле

íèé.

-

свет можно представить как смесьолебаест -

ассмотрим методы получения

поляризованного света.

При отражении отполяризованноголадкой поверхности диэлектрика свет всегда ча-

127

tgϕÁ =

n2

ãäå

n1

n2

падаетж щая поверказательхность;преломления вещества, из которогосреды,делана отра-

ëó÷

n1

векторасвет.Угол паденияпоказатель преломления

поляризацкотор й

åàêâ

склом

остьюугэл

ñâåò

Брюстера,розендидениязер.Преимущественноеачныхауогоëа,ярнаиливсегдадиэлектрикпугломоскостиполяризованаполнойотражахïðеломленныйавлениеполяризациинойэллиптически.ВБîëíолебанийаклучприотраж. Плвсег.случаеПрисовпадаетчастичноеннаялнойскостьпреломленииназываетсоткметбанийплоскалличполяризо

пвготрическ

ϕ

. Свет рассеянный

частицах, значительно меньших длины

й волны,

общ случае частично поляризован. Свет,

ссеянный

в направлениях,

ерпендику

ярных к нап авлению распростðàíå èÿ

ïà

дающего пучка,

ïолностью линейно

.

Преломление естественного свет

поляризованкристаллах. При падении на кри

сталл луча свет

любой

зации

кристалле

общем случае рас

ð

траняется два луча,

во взаимно

перпенд кулярных

ïëîñ

ях. Скорости распространения лучей раз ичны, знач т, различ

ны показатели преломлений,поляризованныхи, общем случае, различны направления

èõ

распространения. Это явление называется явлением двойного луче

преломленияго

. Â

анизотропных средах существует

çûâà

èÿ

происх дит

. . áà ëó÷à

меютнаправлданном аправлениилучепреломлениядин распространениитот ж показательнаправление,омления.

емое оптич ск й осью кристалла, при

вдоль

ñâåò

вдоль это-

изменя

двойногоы при ее

îé îñè íå

. Плоскость, прох дящая через

оптическось луч света,

Поляризациялавнойназыва г

плоскостью, или

лавным сечени м кристалла.

å

ческих

свойств кристалла. Ураспространенииаких кристаллов

ба возникших луча

подчиняется обычным законам преломленияоптическуюназываются необыкновен

Êðèåòñаллы разделяются на двуосные

äíî ñíû

по числу

осей. В двуосных кристаллах

óãîë

между

ями зависит отоптиче

ными. Показатель преломления этих лучей является ункцией угла па-

дения.

д оосные кристаллы. В одноосных

Особую группу представляют

кристаллах один из лучей

обыкновенный

подчиняется известным за-

128

кристалладля пр вления. Если

рпендикулярного к оптическойn приводятсо ия

e

íûì

ve < vo

,

. .

ne > no

алла, кристаллназываетсяяположиотрицаòåëü

ñëó÷

.однооснымДляотрицательного.Впротивномкрист

этихозначает,емлучахобыкновенноготетчторазличиюлучапонеобыкновенныйлучаотношениюлавнойолеблетсянаправленийплоскнеобыкновеннперпендиоптическости,лучполяризатополяризоволебаниякойуотогоосилуойно-.

лярно,вектораосьдляповеден.Этонеобыкновенногосоответству

îñòè,

лавнойперпендикувнутриазличиеоптическаяплоскогокристалламежду

ve > vo, . . ne < no,

лежитгЭлектрическийэчей

âàí

обыкновенный

ã

кристалла.

Одноосные кристаллы используютс

для приготовления

Плоскость,первуюкоторой колеблетсобразованиясве овой вектор прошедшей через

îâ

служащих ля пр

света произвольной

-

ðизацииприборов,и,

очереäü, åñò

линейно поляризованный.

поляризатор волны,

плоскственногоью пропускания

или его сечен ем. В называетсполяризаторовк честве

можно использовать раз

жениях оптики для получ ния линейно поля изованногополяризаторасвет широк

ä â

íî

дорогие è òðó

изгот влении приборы. Во

многих при-

ичные поляр зованные призмы Ник ля, лана Томсона

äðó

å. Ýòî

используют более доступныдоемкиедешевые

приборы

ïîëÿ

èäû.

à

êð

поглощения зависит от направления распространения

Было замечено, что поглощение

крист лле анизот

ïíî: êîý è

â åòñ

. Явление дихроизма

используется для

изготовления

сталле

от ориентации

вектора

волны,свет. . неоäè-

циентков для

электрическобыкновенного

лучсветовой. Это явлени

íàçû-

поляриза

с больш й площадью по

ð

.

-

Длядихроизмомэ необыкновенногоцеллулоидную пленку вводятхностиди ково

íûå êðèñò

ильно дихроичного

вещества,

íàпримерориентировангерапатит .

Такие плеалликиносят название поляроидов.

линейно поляризованный

Ïó

на поляризатор по нормали

пучокинтенсивностью

. Тогда интенсивноспадаетьМалюсасвет

рез поляризатор, будетIопределяться0 129законом

I1, прошедшего че-

ãäå

I1 = I0 cos2 ϕ,

1

P

~

PA

G

E

èñ. 1.

ϕ

A

O

O′

Экспериментальная установк (рис.1) сост ит из источник естествен-

ного света 1, поляроида 3 поляризатора, пîляроида 4 анализатора.

A′

i

P ′

P ′

130