Глава: Волновая оптика. Световая волна.
Многообразие действия света связаны с электрическим полем электрической волны.
Запишем для электрического поля плоской
электромагнитной волны, распространяющегося
вдоль оси
.
Обозначим:
.
Спроецируем
на направление, вдоль которого совершает
колебания вектор напряженности
.
Обозначим:
,
.
Это уравнение плоской монохроматической световой волны (плоской световой волны).
Здесь:
- световой вектор,
- амплитуда светового вектора,
- циклическая (круговая) частота световой
волны,
- волновое число световой волны,
- расстояние, которое прошла световая волна до некоторой точки, отсчитанное вдоль направления распространения волны,
- начальная фаза источника колебаний,
- фаза колебаний светового вектора.
В однородной и изотропной среде плоская световая волна распространяется вдоль прямой линии, которая называется лучом.
Скорость световой волны называется скоростью света
.
Вакуум (воздух):
.
Среда:
,
.
Абсолютным показателем преломления среды называется отношение скорости световой волны в вакууме к скорости световой волны в среде.
.
Запишем:
.
Среда, в которой распространяется световая волна, называется прозрачной.
Для прозрачных сред:
.
Среда называется оптически однородной и изотропной, если во всех точках среды выполняется условие
.
Для вакуума (воздуха):
.
Рассмотрим две оптические прозрачные
среды с абсолютными показателями
преломления
.
Поверхность соприкосновения сред
называется границей раздела сред.
Если
,
то среда 1 называется оптически более
плотной, а среда 2 оптически менее
плотной.
Длина световой волны.
Опыт дает, что частота колебаний светового вектора не изменяется, когда световая волна переходит из одной среды в другую.
Пусть
-
длина световой волны в вакууме,
-
длина световой волны в среде с абсолютным
показателем преломления
.
,
.
Интенсивность световой волны (света).
,
,
.
Изменение фазы световой волны при отражении.
Пусть на границу двух оптически прозрачных
сред с абсолютными показателями
преломления
нормально падает плоская световая
волна. На рисунке указаны направления
луча
и векторов
электромагнитного поля волны.
Выберем ось
как показано на рисунке.
Обозначим:
- световой вектор падающей волны,
- световой вектор отраженной волны,
-
световой вектор преломленной волны,
-
проекции световых векторов на ось
.
Расчет дает следующие соотношения
,
.
Рассмотрим два возможных случая.
В этом случае проекции
имеют одинаковый знак. Следовательно,
вектор
имеет такое же направление, как и вектор
.
Колебания вектора в падающей волне и вектора в отраженной волне происходит в одинаковой фазе.
Второй случай:
.
При этом знак проекции
противоположен
знаку проекции
.
Вектор
направлен противоположно вектору
.
Колебания падающего
и отраженного световых векторов
происходят в противоположных фазах
вследствие того, что при отражении фаза
световой волны скачком изменяется на
.
При отражении световой волны от границы
раздела среды оптически более плотной
и среды оптически менее плотной
фаза колебания светового вектора не
изменяется. При отражении от границы
раздела среды оптически менее плотной
и оптически более плотной
фаза колебаний светового вектора скачком
изменяется на
.
Колебания светового вектора преломленной
волны и колебания светового вектора
падающей волны всегда происходят в
одной фазе.