Дисциплина «Физика 2. Электричество и магнетизм. Волновая оптика»

Модуль 2.3 Волновая оптика

Лекция 16. Взаимодействие света с веществом

Основные понятия: дисперсия света, поглощение света, фазовая скорость света, групповая скорость света, закон Бугера, закон Рэлея, двойное лучепреломление, положительные и отрицательные кристаллы, обыкновенный и необыкновенный луч

План лекции

1. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия. Классическая теория дисперсии.

2. Групповая скорость света.

3. Поглощение света. Закон Бугера.

4. Рассеяние света. Закон Рэлея.

5. Двойное лучепреломление. Вращение плоскости поляризации.

Краткое содержание

1. Дисперсия света в стекле.

Е сли на грань призмы падает параллельный пучок немонохроматического (белого) света под углом , то в соответствии с законом преломления

угол преломления  будет различным для разных . Рис.1

Призма разложит падающий свет на спектральные составляющие (см. рис.1) Для каждого цветного пучка, выходящего из призмы, будет свой угол наименьшего отклонения .

Нормальная и аномальная дисперсия.

Дисперсия света — это зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины) световой волны или Эта зависимость не линейная и не монотонная. Области значения , в которых

соответствуют нормальной дисперсии света (с ростом частоты ‚ 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

т.е. с ростом частоты 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.

Зависимости n от и показаны на рис. 2 и 3.

Рис.2 Рис.3

Классическая теория дисперсии в стекле

Рассмотрим взаимодействие электромагнитной волны с электронами в атомах вещества.

Электроны в атомах под действием переменного электрического поля волны с напряженностью совершают вынужденные колебания. Часть энергии волны поглощается. Поглощение особенно велико, когда частота волны  близка к собственным частотам колебаний электронов, находящихся в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Вдали от собственных частот можно пренебречь поглощением. Тогда, пренебрегая затуханием, запишем уравнение колебаний:

, (1)

где кг; Кл - масса и модуль заряда электрона; - квазиупругая возвращающаяся сила; - сила со стороны электрического поля волны. Коэффициент учитывает не только "жесткость" связи электрона с ядром атома, но и электрическое поле окружающих его атомов, что существенно для плотных веществ типа стекла. Каждый атом при смещении "центра тяжести" отрицательного заряда на величину от ядра приобретает электрический дипольный момент . Поэтому электроны находятся не только в поле своего ядра, но и в поле, которое создается окружающими диполями.