Вопрос №51. Энергетические характеристики световых потоков, поток светового излучения и плотность потока. Волновая оптика. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр

Непосредственное восприятие света обусловлено действием световой энергии, поглощенной чувствительными элементами глаза. Отдел оптики, изучающий методы и приемы измерения световой энергии, называется фотометрией.

Отношение Ф =W/t показывает, какая энергия протекает через площадку за единицу времени, и называется потоком излучения (мощностью излучения) через площадку о. Мощность переносимую световой волной через единичную площадку, называют интенсивностью волны. Поток излучения оценивается в в ваттах, а интенсивность - в ваттах на квадратный метр.

Свет - как электромагнитная волна. Известно, что свет излучается нагретыми телами и представляет собой электромагнитную волну. Электрон в атоме переместившийся на более высокую орбиту за счет тепловой энергии самопроизвольно переходит обратно и излучает при этом порцию энергии в виде энергии электромагнитной волны - фотона. В этом смысле свет ничем качественно не отличается от радиоизлучения - радиоволн, испускаемых антенной с переменным электрическим током.

Волновая оптика - раздел оптики, изучающий явления, в которых проявляется волновая природа света.

Явление дифракции света - явление огибания волной препятствий, размеры (а) которых соизмеримы и больше длины световой волны (λ). Наиболее выражена дифракция, когда а ≈ λ. Дифракционная решетка представляет собой чередование прозрачных и непрозрачных участков. Расстояние между срединами "щелей" называется периодом решетки. Параллельные друг другу дифрагированные лучи, прошедшие сквозь дифракционную решетку можно собрать с помощью собирающей линзы в фокальной плоскости этой линзы. Не дифрагированные лучи собираются в главном фокусе и дают усиление нулевого порядка. Чем больше угол дифракции (α), тем больше будет разность хода ∆= d * Sin α. Для некоторого угла α эта разность хода может стать равной половине длины волны (λ/2). Поэтому после нулевого максимума в фокальной плоскости будет наблюдаться минимум (ослабление 1 порядка). Затем, при еще большем угле α (когда ∆=λ.) - будет наблюдаться усиление первого порядка и т. д.

Формула дифракционной решетки представляет собой условие усиления при прохождении света через нее: d * Sin α = n*λ. При освещении решетки монохроматическим светом с какой либо одной длиной волны на экране наблюдается чередование светлых и темных полос. При освещении же решетки белым светом - представляющим собой суперпозицию волн с различной длинной волны от 400 нМ для фиолетового цвета до 760нМ для красного цвета в максимумах 1 и более порядков появляется спектр. В максимуме 0 порядка видна при этом белая полоса. Это объясняется формулой решетки: d * Sin α = n*λ. Для n = 0, то есть для главного максимума любая длина волны соответствует условию усиления - единственному углу α = 0 (d*Sin 0 = 0*Х). Для n = 1 (d*Sin а = λ) - большей длине волны должен соответствовать больший угол дифракции. Поэтому первый максимум для фиолетового света будет наблюдаться при угле а меньшем, чем для красного света.