43

1. Предметная область курса «Основы оптики»

Курс «Основы оптики» является вводным курсом в раздел физической оптики. Физическая оптика – раздел физики, изучающий природу света, его свойства, а также изучает вопросы взаимодействия излучения с веществом.

Под светом, в данном случае, понимается не только видимая область спектра, но и прилегающие широкие спектральные области: инфракрасную (ИК) и ультрафиолетовую (УФ). В совокупности это называется оптическим диапазоном, который простирается в спектральной области с длинами волн от 10 нм до 2 мм.

ИК – инфракрасная спектральная область, УФ – ультрафиолетовая спектральная область, ВД – видимый диапазон

В спектральном интервале длин волн от =10 нм до 2 мм наиболее ярко проявляются как волновые, так и квантовые свойства света. За пределами ИК-области превалируют в основном волновые свойства электромагнитной волны, за пределами же УФ-области – квантовые (корпускулярные) свойства.

Для оптического диапазона характерна особенность, связанная с тем, что значения собственных частот колебаний в атомах и молекулах как раз соответствуют частотам именно этого спектрального диапазона. Помимо этого длина волны соизмерима с размерами атомов и молекул.

Детальное изучение свойств излучения оптического диапазона дало основание для развития такой оптической дисциплины, как спектроскопия (в том числе рентгеновская и инфракрасная).

При нм световая волна наиболее выражено характеризуется квантовыми свойствами и, наоборот, при мм происходит условный переход в радиочастотный диапазон, характеризуемый, в основном, волновыми свойствами.

Таким образом, световая волна характеризуется длиной волны колебаний , являющейся условно переменной величиной, зависящей от показателя преломления среды (своего рода оптическое сопротивление для скорости распространения возмущения). Другим показателем, связанным с энергетикой волны, является частота возмущения . Это обстоятельство связано с тем, что из квантовой механики известно соотношение, определяющее энергию фотона с частотой  (соотношение Планка)

,

где h=6,62617610^–34 Джс – постоянная Планка.

Между  и  имеется однозначная связь, которая для вакуума имеет вид

,

где с₀ – скорость распространения светового возмущения в свободном пространстве (  м/с). При наличии среды распространения с показателем преломления n последнее соотношение трансформируется

,

где с – скорость распространения светового возмущения в среде.

Очень часто используется, так называемая, круговая частота , имеющую размерность радианы в секунду

.

2. Структуризация оптического объекта (на примере лазера).

Лазер (Laser – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

1. Лазер как технический объект

1.1. Конструкция элементов

1.2. Технология изготовления элементов

2. Лазер как физический объект

2.1. Физика получения активной среды

2.1.1. Физико-химические превращения

2.1.2. Процессы заполнения энергетических уровней рабочих частиц

2.1.3. Механизмы отвода энергии, не попавшей в квантовый энергообмен, но влияющей на важнейшие лазерные и сопутствующие процессы

2.2. Процессы в активной среде

2.2.1. Релаксация

2.2.2. Механизм получения индуцированного излучения

2.2.3. Механизм уширения контура спектральной линии

2.3. Взаимодействие излучения с веществом

2.3.1. Взаимодействие монохроматического излучения с веществом

2.3.2. Взаимодействие мощного излучения с веществом

2.3.3. Импульсное взаимодействие излучения с веществом

2.3.4. Импульсно-периодическое взаимодействие с веществом

2.4. Оптические процессы

2.4.1. Дифракция

2.4.1.1. Векторная

2.4.1.2. Скалярная

2.4.1.2.1. Френеля

2.4.1.2.2. Фраунгофера

2.4.2. Дисперсия света

2.4.2.1. Нормальная дисперсия

2.4.2.2. Аномальная дисперсия

2.4.3. Когерентность

2.4.3.1. Пространственная

2.4.3.2. Временная

2.4.3.3. Монохроматичность

2.4.4. Геометрическая оптика

2.4.4.1. Теория изображений

2.4.4.2. Теория оптических схем

2.4.4.3. Теория аберраций

2.4.5. Нелинейная оптика

2.4.5.1. 2-я гармоника, двухфотонное эхо (1961 г.)

2.4.5.2. Излучение на суммарных и разностных частотах, оптическое выпрямление, вынужденное комбинационное рассеяние (1962 г.)

2.4.5.3. 3-я гармоника, вынужденное бриллюэновское рассеяние (1963 г.)

2.4.5.4. Фотонное эхо и самоиндуцированная прозрачность, оптический эффект Керра, самофокусировка (1964 г.)

2.4.5.5. Параметрические колебания и усиление (1965 г.)

2.4.6. Процессы в оптическом резонаторе

2.4.6.1. Резонатор как интерферометр

2.4.6.2. Геометрическая теория резонатора

2.4.6.3. Дифракционная теория резонатора

2.4.7. Теория управления оптическими системами

2.4.7.1. Адаптивная оптика

2.4.7.2. Обращение волнового фронта

2.4.8. Голография