Свойства электромагнитных волн - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Свойства электромагнитных волн

Анализ теорий распространения электромагнитных волн. Характеристика дисперсии, интерференции и поляризации света. Методика постановки исследования дифракции Фраунгофера на двух щелях. Влияние дифракции на разрешающую способность оптических инструментов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

2.1 Исследование явления дифракции света
2.4 Методика постановки исследования дифракции Фраунгофера на двух щелях
В 17 веке почти одновременно возникли и начали развиваться две совершенно разные теории о том, что такое свет и какова его природа.
Одна из этих теорий связана с именем Ньютона, а другая - с именем Гюйгенса.
Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет - это поток частиц, идущих от источника во все стороны (перенос вещества).
Согласно же представлениям Гюйгенса, свет - это поток волн, распространяющихся в особой, гипотетической среде - эфире, заполняющем все пространство и проникающем внутрь всех тел.
Обе теории длительное время существовали параллельно. Ни одна из них не могла одержать решающей победы. Лишь авторитет Ньютона заставлял большинство ученых отдавать предпочтение корпускулярной теории. Известные в то время из опыта законы распространения света более или менее успешно объяснялись обеими теориями.
На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться.
Волновая же теория это легко объясняла. Волны, например на поверхности воды, свободно проходят друг сквозь друга, не оказывая взаимного влияния.
Однако прямолинейное распространение света, приводящее к образованию за предметами резких теней, трудно объяснить, исходя из волновой теории. При корпускулярной же теории прямолинейное распространение света является просто следствием закона инерции.
Такое неопределенное положение относительно природы света сохранялось до начала XIX века, когда были открыты явления дифракции света (огибания светом препятствий) и интерференция света (усиление или ослабление освещенности при наложении световых пучков друг на друга). Эти явления присуще исключительно волновому движению. Объяснить их с помощью корпускулярной теории нельзя. Поэтому казалось, что волновая теория одержала окончательную и полную победу.
Такая уверенность особенно окрепла, когда Максвелл во второй половине XIX века показал, что свет есть частный случай электромагнитных волн. Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света.
После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведет себя как волна, не осталось.
Однако в нале XIX века представления о природе света начали коренным образом изменяться. Неожиданно выяснилось, что отвергнутая корпускулярная теория все же имеет отношение к действительности.
При излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц.
Были обнаружены прерывистые, или, как говорят, квантовые, свойства света. Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции по-прежнему можно объяснить, считая свет волной, а явления излучения и поглощения - считая свет потоком частиц. Эти два, казалось бы, несовместимых друг с другом представления о природе света в 30-х годах XX века удалось непротиворечивым образом объединить в новой выдающейся физической теории - квантовой электродинамике.
Гюйгенс предположил, что «Свет распространяется так же, как и звук, сферическими поверхностями и волнами». Дифракция - огибание волнами препятствий (Рис.11.24), отклонение от прямых растут с длиной волны (11.25). Поэтому звуковые волны мы слышим и за углом, если и не видим источника, машины - они огибают препятствия. Свет, как известно, обычно не делает так, препятствия дают тень. Но при размере препятствий порядка длины волны свет огибает их, обнаруживается дифракция. Длина волны света менее 1 мкм и определяет разрешающую силу микроскопов. Тогда как у звука при частоте 100 Гц и скорости 350 м/с, длина волны =350х1/100=3.5 м, огибает углы. Длину волны такого порядка имеют короткие радиоволны (КВ), отделяемые от света микроволнами и тепловыми, ИК-лучами.
Волновые свойства и прямолинейное распространение волн и света объясняет принцип Гюйгенса: каждая точка фронта волны, достигнутая волной поверхности, становится источником вторичных сферических волн. Они распространяются с той же скоростью в направлении исходной волны и их огибающая образует новый фронт волны, волновую поверхность в следующий момент времени (в результате интерференции). Они являются когерентными и дают интерференцию, по принципу Гюйгенса-Френеля: все вторичные источники на поверхности фронта волны когерентны, а интерференция их волн дает амплитуду и фазу волны в любой точке пространства.
Если радиус сферического фронта гораздо больше размера его участка, то тот можно считать плоским, а лучи параллельными. И обратно, если лучи параллельны, то участок волны плоский. Этот принцип справедлив для всех волн.
Это объясняет распространение волны в одном направлении, т.к. в других волны гасятся интерференцией, и дифракцию, т.к. она и препятствия создают новые источники волн.
Волновой поверхностью называют поверхность, во всех точках которой колебания происходят в одной фазе, а переднюю поверхность - фронтом волны.
Фаза (от греч. phasis - появление) означает определенный момент процесса, колебания, развития.
Одним из результатов взаимодействия света с веществом является его дисперсия.
Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты н (длины волн л) света или зависимость фазовой скорости световых волн от их частоты.
Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму (рис. 10.1). Первые экспериментальные наблюдения дисперсии света проводил в 1672 г. И. Ньютон. Он объяснил это явление различием масс корпускул.
Рассмотрим дисперсию света в призме. Пусть монохроматический пучок света падает на призму с преломляющим углом А и показателем преломления n (рис. 10.2) под углом .
Рис. 10.1 Рис. 10.2
После двукратного преломления (на левой и правой гранях призмы) луч оказывается преломлен от первоначального направления на угол ц.
Предположим, что углы призмы малы, тогда углы отклонения лучей будут также малы и вместо синусов этих углов можно воспользоваться их значениями.
Отсюда следует, что угол отклонения лучей призмой тем больше, чем больше преломляющий угол призмы.
Из этого следует, что угол отклонения лучей призмой зависит от показателя преломления n, а n - функция длины волны, поэтому лучи разных длин волн после прохождения призмы отклоняются на разные углы. Пучок белого света за призмой разлагается в спектр, который называется дисперсионным или призматическим, что и наблюдал Ньютон. Таким образом, с помощью призмы,
так же как с помощью дифракционной решетки, разлагая свет в спектр, можно определить его спектральный состав.
Рассмотрим различия в дифракционном и призматическом спектрах.
Дифракционная решетка разлагает свет непосредственно по длинам волн, поэтому по измеренным углам (по направлениям соответствующих максимумов) можно вычислить длину волны (частоты). Разложение света в спектр в призме происходит по значениям показателя преломления, поэтому для определения частоты или длины волны света надо знать зависимость или. Составные цвета в дифракционном и призматическом спектрах располагаются различно. Мы знаем, что синус угла в дифракционной решетке пропорционален длине волны . Следовательно, красные лучи, имеющие большую длину волны, чем фиолетовые, отклоняются дифракционной решеткой сильнее. Призма же разлагает лучи света в спектре по значениям показателя преломления, который для всех прозрачных веществ с увеличением длины волны (т.е. с уменьшением частоты) уменьшается (рис. 10.3).
Поэтому, красные лучи отклоняются призмой слабее, в отличие от дифракционной решетки.
Величина (или ), называемая дисперсией вещества, показывает, как быстро меняется показатель преломления с длиной волны.
Из рис. 10.3 следует, что показатель преломления для прозрачных веществ с увеличением длины волны увеличивается, следовательно величина по модулю также увеличивается с уменьшением л. Такая дисперсия называется нормальной. Вблизи линий и полос поглощения, ход кривой дисперсии будет иным, а именно n уменьшается с уменьшением л. Такой ход зависимости n от л называется аномальной дисперсией. Рассмотрим подробнее эти виды дисперсии.
электромагнитный волна свет дифракция
Явление взаимного наложения когерентных волн, в результате чего происходит устойчивое пространственное ослабление или усиление интенсивности света в зависимости от фазовых соотношений между этими волнами, называется интерференцией. Интерферировать могут только когерентные волны. Когерентными называют такие волны, которые имеют одинаковые частоты (длины волн) и постоянную разность фаз. Естественные источники света излучают некогерентные волны. Для образования когерентных волн различными методами разделяют волны, идущие от одного точечного источника.
Первый эксперимент по наблюдению интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны (рис. 3.7.1). Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона (рис. 3.7.2).
Рисунок 3.7.1.Наблюдение колец Ньютона.
Интерференция возникает при сложении волн, отразившихся от двух сторон воздушной прослойки. «Лучи» 1 и 2 - направления распространения волн; h - толщина воздушного зазора
Рисунок 3.7.2.Кольца Ньютона в зеленом и красном свете.
Ньютон не смог с точки зрения корпускулярной теории объяснить, почему возникают кольца, однако он понимал, что это связано с какой-то периодичностью световых процессов .
Первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе волновой теории света, явился опыт Юнга (1802 г.). В опыте Юнга свет от источника, в качестве которого служила узкая щель S, падал на экран с двумя близко расположенными щелями S1 и S2 (рис. 3.7.3). Проходя через каждую из щелей, световой пучок уширялся вследствие дифракции, поэтому на белом экране Э световые пучки, прошедшие через щели S1 и S2, перекрывались. В области перекрытия световых пучков наблюдалась интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.
Рисунок 3.7.3.Схема интерференционного опыта Юнга.
Монохроматическая (или синусоидальная) волна, распространяющаяся в направлении радиус-вектора , записывается в виде
где a - амплитуда волны, k = 2р / л - волновое число, л - длина волны, щ = 2рн - круговая частота. В оптических задачах под E следует понимать модуль вектора напряженности электрического поля волны. При сложении двух волн в точке P результирующее колебание также происходит на частоте щ и имеет некоторую амплитуду A и фазу ц:
E = a1 · cos (щt - kr1) + a2 · cos (щt - kr2) = A · cos (щt - ц).
Физическую величину, равную квадрату амплитуды электрического поля волны, принято называть интенсивностью: I = A2.
Несложные тригонометрические преобразования приводят к следующему выражению для интенсивности результирующего колебания в точке P:
где Д = r2 - r1 - так называемая разность хода.
Из этого выражения следует, что интерференционный максимум (светлая полоса) достигается в тех точках пространства, в которых Д = mл (m = 0, ±1, ±2, ...). При этом Imax = (a1 + a2)2 > I1 + I2. Интерференционный минимум (темная полоса) достигается при Д = mл + л / 2. Минимальное значение интенсивности Imin = (a1 - a2)2 < I1 + I2. На рис. 3.7.4 показано распределение интенсивности света в интерференционной картине в зависимости от разности хода Д.
Рисунок 3.7.4.Распределение интенсивности в интерференционной картине.
Целое число m - порядок интерференционного максимума
В частности, если I1 = I2 = I0, т. е. интенсивности обеих интерферирующих волн одинаковы, выражение (*) приобретает вид:
В этом случае Imax = 4I0, Imin = 0.
Формулы (*) и (**) являются универсальными. Они применимы к любой интерференционной схеме, в которой происходит сложение двух монохроматических волн одной и той же частоты.
Если в схеме Юнга через y обозначить смещение точки наблюдения от плоскости симметрии, то для случая, когда d << L и y << L (в оптических экспериментах эти условия обычно выполняются), можно приближенно получить:
При смещении вдоль координатной оси y на расстояние, равное ширине интерференционной полосы Дl, т. е. при смещении из одного интерференционного максимума в соседний, разность хода Д изменяется на одну длину волны л. Следовательно,
где ш - угол схождения «лучей» в точке наблюдения P.
В эксперименте Ньютона (рис. 3.7.1) при нормальном падении волны на плоскую поверхность линзы разность хода приблизительно равна удвоенной толщине 2h воздушного промежутка между линзой и плоскостью. Для случая, когда радиус кривизны R линзы велик по сравнению с h, можно приближенно получить:
где r - смещение от оси симметрии. При написании выражения для разности хода следует также учесть, что волны 1 и 2 отражаются при разных условиях. Первая волна отражается от границы стекло-воздух, а вторая - от границы воздух-стекло. Во втором случае происходит изменение фазы колебаний отраженной волны на р, что эквивалентно увеличению разности хода на л / 2. Поэтому
При r = 0, то есть в центре (точка соприкосновения) Д = л / 2; поэтому в центре колец Ньютона всегда наблюдается интерференционный минимум - темное пятно. Радиусы r m последующих темных колец определяются выражением
Эта формула позволяет экспериментально определить длину волны света л, если известен радиус кривизны R линзы.
Интерференция может возникнуть только при сложении когерентных колебаний. При сложении некогерентных колебаний разность фаз оказывается случайной функцией времени.
Волны, создающие в точке наблюдения когерентные колебания, также называются когерентными. Волны от двух независимых источников не когерентны и не могут дать интерференции.
Модель. Интерференционный опыт Юнга
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина - система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.
Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом. Независимо от него в 1818 г. французский ученый О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений. В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения волновых фронтов в последующие моменты времени, т. е. определять направление распространения волны. По существу, это был принцип геометрической оптики. Гипотезу Гюйгенса об огибающей вторичных волн Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные волны, приходя в точку наблюдения, интерферируют друг с другом. Принцип Гюйгенса-Френеля также представлял собой определенную гипотезу, но последующий опыт подтвердил ее справедливость. В ряде практически важных случаев решение дифракционных задач на основе этого принципа дает достаточно хороший результат. Рис. 3.8.1 иллюстрирует принцип Гюйгенса-Френеля.
Рисунок 3.8.1.Принцип Гюйгенса-Френеля. ДS1 и ДS2 - элементы волнового фронта, n 1 и n 2 - нормали
Для того чтобы определить колебания в некоторой точке P, вызванное волной, по Френелю нужно сначала определить колебания, вызываемые в этой точке отдельными вторичными волнами, приходящими в нее от всех элементов поверхности S (ДS1, ДS2 и т. д.), и затем сложить эти колебания с учетом их амплитуд и фаз. При этом следует учитывать только те элементы волновой поверхности S, которые не загораживаются каким-либо препятствием.
Рассмотрим в качестве примера простую дифракционную задачу о прохождении плоской монохроматической волны от удаленного источника через небольшое круглое отверстие радиуса R в непрозрачном экране (рис. 3.8.2).
Рисунок 3.8.2.Дифракция плоской волны на экране с круглым отверстием
Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля следует мысленно заселить волновую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, волны от которых достигают точки P. В результате интерференции вторичных волн в точке P возникает некоторое результирующее колебание, квадрат амплитуды которого (интенсивность) нужно определить при заданных значениях длины волны л, амплитуды A0 падающей волны и геометрии задачи. Для облегчения расчета Френель предложил разбить волновую поверхность падающей волны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны (зоны Френеля) по следующему правилу: расстояние от границ соседних зон до точки P должны отличается на половину длины волны, т. е.
Если смотреть на волновую поверхность из точки P, то границы зон Френеля будут представлять собой концентрические окружности (рис. 3.8.3).
Рисунок 3.8.3.Границы зон Френеля в плоскости отверстия
Из рис. 3.8.2 легко найти радиусы сm зон Френеля:
Так в оптике л << L, вторым членом под корнем можно пренебречь. Количество зон Френеля, укладывающихся на отверстии, определяется его радиусом R:
Здесь m - не обязательно целое число. Результат интерференции вторичных волн в точке P зависит от числа m открытых зон Френеля. Легко показать, что все зоны имеют одинаковую площадь:
Одинаковые по площади зоны должны были бы возбуждать в точке наблюдения колебания с одинаковой амплитудой. Однако у каждой последующей зоны угол б между лучом, проведенным в точку наблюдения, и нормалью к волновой поверхности возрастает. Френель высказал предположение (подтвержденное экспериментом), что с увеличением угла б амплитуда колебаний уменьшается, хотя и незначительно:
где Am - амплитуда колебаний, вызванных m-й зоной.
С хорошим приближением можно считать, что амплитуда колебаний, вызываемых некоторой зоной, равна среднему арифметическому из амплитуд колебаний, вызываемых двумя соседними зонами, т. е.
Так как расстояния от двух соседних зон до точки наблюдения отличаются на л / 2, следовательно, возбуждаемые этими зонами колебания находится в противофазе. Поэтому волны от любых двух соседних зон почти гасят друг друга. Суммарная амплитуда в точке наблюдения есть
A = A1 - A2 + A3 - A4 + ... = A1 - (A2 - A3) - (A4 - A5) - ... < A1.
Таким образом, суммарная амплитуда колебаний в точке P всегда меньше амплитуды колебаний, которые вызвала бы одна первая зона Френеля. В частности, если бы были открыты все зоны Френеля, то до точки наблюдения дошла бы невозмущенная препятствием волна с амплитудой A0. В этом случае можно записать:
так как выражения, стоящие в скобках, равны нулю. Следовательно, действие (амплитуда), вызванное всем волновым фронтом, равно половине действия одной первой зоны.
Итак, если отверстие в непрозрачном экране оставляет открытой только одну зону Френеля, то амплитуда колебаний в точке наблюдения возрастает в 2 раза (а интенсивность - в 4 раза) по сравнению с действием невозмущенной волны. Если открыть две зоны, то амплитуда колебаний обращается в нуль. Если изготовить непрозрачный экран, который оставлял бы открытыми только несколько нечетных (или только несколько четных) зон, то амплитуда колебаний резко возрастет. Например, если открыты 1, 3 и 5 зоны, то A = 6A0, I = 36I0.
Такие пластинки, обладающие свойством фокусировать свет, называются зонными пластинками.
При дифракции света на круглом диске закрытыми оказываются зоны Френеля первых номеров от 1 до m. Тогда амплитуда колебаний в точке наблюдения будет равна
или A = Am + 1 / 2, так как выражения, стоящие в скобках, равны нулю. Если диск закрывает зоны не слишком больших номеров, то Am + 1 ? 2A0 и A ? A0, т. е. в центре картины при дифракции света на диске наблюдается интерференционный максимум. Это - так называемое пятно Пуассона, оно окружено светлыми и темными дифракционными кольцами.
Поляризация - одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны). Возникает, когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и становится поляризованным.
Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата (CaCO3) раздваивает проходящие через него лучи. Это явление получило название двойного лучепреломления (рис. 3.11.1).
Рисунок 3.11.1.Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление).
Если кристалл поворачивать относительно направления первоначального луча, то поворачиваются оба луча, прошедшие через кристалл
В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватой окраски). Пластинки можно было поворачивать друг относительно друга на угол ц (рис. 3.11.2).
Рисунок 3.11.2.Иллюстрация к закону Малюса
Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos2 ц:
Ни двойное лучепреломление, ни закон Малюса не могут найти объяснение в рамках теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча является осью симметрии. В продольной волне все направления в плоскости, перпендикулярной лучу, равноправны. В поперечной волне (например, в волне, бегущей по резиновому жгуту) направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис. 3.11.3).
Рисунок 3.11.3.Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы колеблются вдоль оси y. Поворот щели S вызовет затухание волны
Таким образом, асимметрия относительно направления распространения (луча) является решающим признаком, который отличает поперечную волну от продольной. Впервые догадку о поперечности световых волн высказал в 1816 г. Т. Юнг. Френель, независимо от Юнга, также выдвинул концепцию поперечности световых волн, обосновал ее многочисленными экспериментами и создал теорию двойного лучепреломления света в кристаллах.
Электромагнитная теория света приобрела должную стройность, поскольку исчезла необходимость введения особой среды распространения волн - эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело.
В электромагнитной волне вектора и перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис. 2.6.3). Во всех процессах взаимодействия света с веществом основную роль играет электрический вектор , поэтому его называют световым вектором. Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, такую волну называют линейно поляризованной или плоско поляризованной (термин поляризация волн был введен Малюсом применительно к поперечным механическим волнам). Плоскость, в которой колеблется световой вектор , называется плоскостью колебаний (плоскость yz на рис. 2.6.3), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор - плоскостью поляризации (плоскость xz на рис. 2.6.3).
Если вдоль одного и того же направления распространяются две монохроматические волны, поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, то в результате их сложения в общем случае возникает эллиптически поляризованная волна (рис. 3.11.4).
Рисунок 3.11.4.Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны
В эллиптически поляризованной волне в любой плоскости P, перпендикулярной направлению распространения волны, конец результирующего вектора за один период светового колебания обегает эллипс, который называется эллипсом поляризации. Форма и размер эллипса поляризации определяются амплитудами ax и ay линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Дц между ними. Частным случаем эллиптически поляризованной волны является волна с круговой поляризацией (ax = ay, Дц = ± р / 2).
Рис. 3.11.5 дает представление о пространственной структуре эллиптически поляризованной волны.
Рисунок 3.11.5.Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне
Линейно поляризованный свет испускается лазерными источниками. Свет может оказаться поляризованным при отражении или рассеянии. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, испускаемый обычными источниками (например, солнечный свет, излучение ламп накаливания и т. п.), неполяризован. Свет таких источников в каждый момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов с различной ориентацией светового вектора в излучаемых этими атомами волнах. Поэтому в результирующей волне вектор беспорядочно изменяет свою ориентацию во времени, так что в среднем все направления колебаний оказываются равноправными. Неполяризованный свет называют также естественным светом.
В каждый момент времени вектор может быть спроектирован на две взаимно перпендикулярные оси (рис. 3.11.6).
Рисунок 3.11.6.Разложение вектора по осям
Это означает, что любую волну (поляризованную и неполяризованную) можно представить как суперпозицию двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн:
Но в поляризованной волне обе составляющие Ex (t) и Ey (t) когерентны, а в неполяризованной - некогерентны, т. е. в первом случае разность фаз между Ex (t) и Ey (t) постоянна, а во втором она является случайной функцией времени.
Явление двойного лучепреломления света объясняется тем, что во многих кристаллических веществах показатели преломления волн, линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, различны. Поэтому кристалл раздваивает проходящие через него лучи (рис. 3.11.1). Два луча на выходе кристалла линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.
С помощью разложения вектора на составляющие по осям можно объяснить закон Малюса (рис. 3.11.2).
У многих кристаллов поглощение света сильно зависит от направления электрического вектора в световой волне. Это явление называют дихроизмом. Этим свойством, в частности, обладают пластины турмалина, использованные в опытах Малюса. При определенной толщине пластинка турмалина почти полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (например, Ex) и частично пропускает вторую волну (Ey). Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне называется разрешенным направлением пластинки. Пластинка турмалина может быть использована как для получения поляризованного света (поляризатор), так и для анализа характера поляризации света (анализатор). В настоящее время широко применяются искусственные дихроичные пленки, которые называются поляроидами. Поляроиды почти полностью пропускают волну разрешенной поляризации и не пропускают волну, поляризованную в перпендикулярном направлении. Таким образом, поляроиды можно считать идеальными поляризационными фильтрами.
Рассмотрим прохождение естественного света последовательно через два идеальных поляроида П1 и П2 (рис. 3.11.7), разрешенные направления которых повернуты друг относительно друга на некоторый угол ц. Первый поляроид играет роль поляризатора. Он превращает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид служит для анализа падающего на него света.
Рисунок 3.11.7.Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. yy' - разрешенные направления поляроидов
Если обозначить амплитуду линейно поляризованной волны после прохождения света через
первый поляроид через то волна, пропущенная вторым поляроидом, будет иметь амплитуду E = E0 cos ц. Следовательно, интенсивность I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида будет равна
Таким образом, в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение на основе разложения вектора на составляющие.
2.1 Исследование явления дифракции света
Цель работы: сформулировать гипотезу исследования, выделить уровни сложности изучаемой физической системы, исследовать дифракцию Френеля, дифракцию Фраунгофера и влияние дифракции света на разрешающую способность оптических приборов.
Приборы и принадлежности: оптическая скамья, осветитель монохроматического света со спектральной лампой СНА-2 и коллиматором, регулируемая щель, узкая нить, двойная щель, отсчетный микроскоп, линза.
Под дифракцией света следует понимать любое отклонение от прямолинейного распространения световых лучей, если только это отклонение не является следствием обычных законов геометрической оптики - законов отражения и преломления. Дифракция световых волн имеет место всегда, когда на их пути находится какая-либо преграда. Дифракционная картина (чередование максимумов и минимумов интенсивности света за преградой) является следствием интерференции дифрагированных на преграде световых волн и сосредоточена в очень узкой области пространства на границе между светом и тенью от преграды. Выявить дифракционную картину в этом случае достаточно сложно, поэтому во многих случаях распространение света исследуют без учета волновых свойств, применяя законы геометрической оптики. Однако для широкого класса задач законы геометрической оптики становятся неприемлемыми.
Неизбежно возникает вопрос: При каких условиях для изучения прохождения света через преграду допустимо применение законов геометрической оптики, а когда необходимо привлечение волновой теории дифракции, разработанной Френелем? Ответ на этот вопрос дает именно волновая теория дифракции Френеля. Кроме этого, она вскрывает глубокий смысл предельного перехода от волновой теории к геометрической оптике. Волновые свойства излучения следует учитывать, если линейные размеры препятствия на пути световой волны того же порядка, что и размер, например, первой зоны Френеля
где a 1 и a 2 - расстояния от источника света до преграды
Свойства электромагнитных волн курсовая работа. Физика и энергетика.
Дипломная работа по теме Развитие и роль правовой культуры в правовой системе общества
Реферат: Древнетюркские письменные памятники
Дипломная работа по теме Исследование организации обслуживания гостей в апарт-отеле 'Ирис' г. Новосибирска
Реферат По Теме Психология Общения Кратко
Курсовая работа: Стылістычна афарбаванае слова ў публіцыстычным тэксце (на прыкладзе газеты “Народная трыбуна”). Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Территориальная организация населения Пензенской области
Значение Философии В Современном Мире Реферат
Курсовая работа по теме Розрахунок автомобільного двигуна
Реферат: William Carlos Williams- A Poet On A
Реферат На Тему Трудовые Миграции Населения
Открытое Правительство Моими Глазами Эссе
Курсовая работа по теме Стратегии торговли put/call опционами
Реферат На Тему Педагогическая Психология
Реферат: Семь чудес света 4
Реферат: Кинкейд-Маундз
Реферат: Нейроэндокринная регуляция иммунного ответа. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная Работа Количество Информации
Общие Строения Вирусов Реферат
Я Пообещала Помочь Подруге Но Забыла Сочинение
Дипломная работа по теме Синдром эмоционального выгорания у педагогов
Физиологические основы развития утомления у спортсменов - Педагогика дипломная работа
Понятие и природа человеческих потребностей - Психология реферат
Особенности развития мотивационных факторов работников в организации - Менеджмент и трудовые отношения дипломная работа