Черт знает что это такое!!!

Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн; частный случай интерференции волн. И. света наб-ся на экране или др.пов-ти в виде характерного чередования светлых и темных полос или пятен(для монохроматического света) или окрашенных участков (для белого света).

Необходимым условием существования устойчивой во времени интерференционной картины яв-ся согласованное протекание колебательных процессов в накладывающихся волнах. Для этого необходимо, чтобы эти волны были одинаковой частоты и постоянной разности фаз. Источники таких волн называют когерентными. Условию когерентности удовлетворяют монохроматические волны – не ограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты. Однако ни один реальный источник не дает строго монохроматического света.

Любой немонохроматический свет можно представить в виде совокупности сменяющих друг друга независимых гармонических цугов. Средняя продолжительность одного цуга τцуг наз-ся временем когерентности τс. Когерентность существует только в пределах одного цуга, и время когерентности не может превышать время излучения.

Если волна распростран. в однородной среде, то фаза колебаний в опред. точке пространства сохраняется только в течение времени когерентности τ_с. За это время волна распространяется на расстояние Lс=c* τ_с, называемое длиной когерентности (цуга). Длина когерентности – рас-ие, после прохождения которого две или несколько волн утрачивают когерентность.

Образование интерференционной картины для двух одинаково поляризованных волн – я так понимаю, там образуются максимумы и минимумы, т.е. интерференция проявляется наиболее четко (а может и нет, но мне кажется, что да). а вот при наложении двух когерентных лучей, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, никакой интерференционной картины с максимумами и минимумами интенсивности получиться не может (это уж точно).

Наиб. отчетливо интерференция проявляется, когда две волны имеют одинаковую поляризацию, а их интенсивности равны I₁=I₂, тогда в максимумах интенсивность света = 4I_t, а в минимумах I=0.

4. Опыт Юнга. Бипризма Френеля. Интерференция при отражении от тонкой пластины. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона.

Опыт Юнга. [добавить от себя, что сначала пучок прошел через экран с одни маленьким отверстием (дифракция)]Пучок света направляется на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого устанавливается проекционный экран. Этот опыт демонстрирует интерференцию света, что является доказательством волновой теории. Особенность прорезей в том, что их ширина приблизительно равна длине волны излучаемого света. Ниже рассматривается влияние ширины прорезей на интерференцию.Если исходить из того, что свет состоит из частиц (корпускулярная теория света), то на проекционном экране можно было бы увидеть только две параллельных полосы света, прошедших через прорези ширмы. Между ними проекционный экран оставался бы практически неосвещенным.С другой стороны, если предположить, что свет представляет собой распространяющиеся волны (волновая теория света), то, согласно принципу Гюйгенса, каждая прорезь является источником вторичных волн.

Бипризма- оптический элемент, имеющий 2 острых, одинаковых, весьма малых угла и тупой (толщина < длины волны видимого света). Френель использовал бипризму для получения двух когерентных источников света => интерференция на экране.

[место для творчества]

Явление интерференции можно наблюдать при освещении тонких прозрачных пленок, когда разделение световой волны на два когерентных пучка происходит вследствие отражения света от двух поверхностей пленки. В р-те такого отражения возникают когерентные световые волны, которые при наложении дают локализованные интерференционные картины. Интерференция наб-ся только если удвоенная толщина пластинки < длины когерентности падающей волны. Место локализации зависит от формы пленок, условий наблюдения и освещения.

В случае падения на пластинку монохроматических лучей условия Ин-иидля лучей на всей пов-ти пластинки одинаковы. Поэтому если интерферирующие лучи наложатся с противоположенными фазами, то вся пластинка будет казаться темной, с одинаковыми фазами – вся пластинка будет окрашена цветом, соответствующим длине волны монохроматических лучей.

Если пластину освещать белым светом, то при ин-ии лучей с одной длиной волны будет получаться усиление интенсивности, а для других волн получится ослабление. Поэтому пластинка будет казаться окрашенной в тот цвет, кот. будет близок к цвету лучей, максимально усиливающих друг друга.

В тетради картинки с комментариями. Добавка про пластинку:

Лучи, падающие под другим углом i2, создают на экране кольцо с другой освещенностью. Такая картина носит название полос равного наклона.

Добавка про клин:

Интерференц. картина локализована над (или под) пов-тью клина и носит название полос равной толщины. Для правильного клина она представляет собой чередование светлых и темных полос, параллельных ребру клина. Локализация полос равной толщины зависит отугла падения i и от угла клина α. При фиксированном α картина расположена тем ближе к пов-ти, чем меньше угол падения, и для норм падающего света (i=0) полосы равной толщины локализованы на пов-ти клина.

Кольца Ньютона – пример полос равной ширины. Выпуклая пов-ть линзы малой кривизны соприкасается с плоской пов-тью хорошо отполированной пластины. (два одинаковых клинышка) [картинки и комменты в тетради]

5. Двойное лучепреломление. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Оптическая ось кристалла. Одноосные кристаллы. Принцип Гюйгенса-Френеля. Построение Гюйгенса. Поляроиды. Закон Малюса.

Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способностью двойного лучепреломления, т. е. раздваивания каждого падающего на них светового пучка. Это явление, в 1669 г. впервые обнаруженное датским ученым Э. Бартолином (162S-1698) для исландского шпата (разновидность кальцита СаСО₃), объясняется особенностями распространения света в анизотропных средах и непосредственно вытекает из уравнений Максвелла.

Если на толстый кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу.

Даже в том случае, когда первичный пучок падает на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется. Второй из этих лучей получил название необыкновенного (е), а первый - обыкновенного (о).

В кристалле исландского шпата имеется единственное направление, вдоль которого двойное лучепреломление не наблюдается. Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного луче преломления, называется оптической осью кристалла. В данном случае речь идет именно о направлении, а не о прямой линии, проходящей через какую-то точку кристалла. Любая прямая, проходящая параллельно данному направлению, является оптической осью кристалла. Кристаллы в зависимости от типа их симметрии бывают одноосные и двуосные, т. е. имеют одну или две оптические оси (к первым и относится исландский шпат).

Неодинаковое преломление обыкновенного и необыкновенного лучей указывает на различие для них показателей преломления. Очевидно, что при любом направлении обыкновенного луча колебания светового вектора перпендикулярны оптической оси кристалла, поэтому обыкновенный луч распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью и, следовательно, показатель преломления n₀для него есть вели чина постоянная. Для необыкновенного же луча угол между направлением колебаний светового вектора и оптической осью отличен от прямого и зависит от направления луча, поэтому необыкновенные лучи распространяются по различным направлениям с разными скоростями. Следовательно, показатель преломления п_енеобыкновенного луча является переменной величиной, зависящей от направления луча. Таким образом, обыкновенный луч подчиняется закону преломления (отсюда и название «обыкновенный»), а для необыкновенного луча этот закон не выполняется. После выхода из кристалла, если не принимать во внимание поляризацию во взаимно перпендикулярных плоскостях, эти два луча ничем друг от друга не отличаются.

Допустим, что в точке Sвнутри одноосного кристалла находится точечный источник света.Волновой поверхностью обыкновенного луча (он распространяется с v₀ = const) является сфера, необыкновенного луча (v_e ¹ const) - эллипсоид вращения. Наибольшее расхождение волновых поверхностей обыкновенного и необыкновенного лучей наблюдается в направлении, перпендикулярном оптической оси. Эллипсоид и сфера касаются друг друга в точках их пересечения с оптической осью ОО', Если то v_e < v_о (n_е > n_o),эллипсоид необыкновенного луча вписан в сферу обыкновенного луча (эллипсоид скоростей вытянут относительно оптической оси) и одноосный кристалл называется положительным (рис. 279, а). Если v_e> v₀ (n_e < n₀),то эллипсоид описан вокруг сферы (эллипсоид скоростей растянут в направлении, перпендикулярном оптической оси) и одноосный кристалл называется отрицательным (рис. 279, б). Рассмотренный выше исландский шпат относится к отрицательным кристаллам. На кристаллке же было! модели! не пойми что!

Принцип Гюйгенса-Френеля: /каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн - Гюйгенс/ Каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн, которые интерферируют друг с другом.

Построения Гюйгенса: вроде опять те сферы и эллипсы (волновые пов-ти). Направления лучей и фронта волны совпадают для обыкновенного луча(сфера), не совпадают для необыкновенного (эллипс). шулай

Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма,т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и называются дихроичными кристаллами.Примером сильно дихроичного кристалла является турмалин, в котором из-за сильного селективного поглощения обыкновенного луча уже при толщине пластинки 1 мм из нее выходит только необыкновенный луч. Такое различие в поглощении, зависящее, кроме того, от длины волны, приводит к тому, что при освещении дихроичного кристалла белым светом кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным.

Дихроичные кристаллы приобрели еще более важное значение в связи с изобретением поляроидов. Поляроид - поляризационный светофильтр, один из основных типов оптических линейных поляризаторов;представляет собой тонкую поляризационную плёнку, заклеенную для защиты от механических повреждений и действия влаги между двумя прозрачными пластинками (плёнками).

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, — коэффициент пропускания поляризатора.

6. Оптическая активность. Искусственное двойное лучепреломление. Эффект Керра.

Оптическая активность - способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (света). Он же установил (см. БИО ЗАКОН), что: 1) для р-ра угол j поворота плоскости поляризации линейно зависит от толщины l слоя р-ра и концентрации с активного в-ва: j=(a)lс (коэфф. (a) наз. удельной О. а.); 2) поворот происходит либо по часовой стрелке (j>0), либо против неё (j<0), если смотреть навстречу ходу лучей света. Соответственно оптически активные вещества, проявляющие естественную О. а., разделяют на правовращающие (положительно вращающие) и левовращающие (отрицательно вращающие).

Двойное лучепреломление имеет место в естественных анизотропных средах . Существуют, однако, различные способы получения искусственной оптической анизотропия, т. е. сообщения оптической анизотропии естественно изотропным веществам. Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др.); 2) электрического поля (эффект Керра; жидкости, аморфные тела, тазы); 3) магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды). В перечисленных случаях вещество приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого со впадает с направлением деформации, электрического или магнитного полей соответственно указанным выше воздействиям.

Эффект Керра – возникновение оптической анизотропии в оптически изотропных в-вах под действием электрического поля - объясняется различной поляризуемостью молекул по разным направлениям. Это явление практически безынерционно, т.е. время перехода вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и обратно) составляет приблизительно 10^-10 с. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и применяется в быстропротекающих процессах (звукозапись, воспроизводство звука, скоростная фото- и киносъемка, изучение скорости распространения света и т. д.), в оптической локации, в оптической телефонии и т. д.

7. Дифракция света. Дифракция сферических волн на круглых экране и отверстии. Зоны Френеля.

Дифракция волн – в первоначальном узком смысле – огибание волнами препятствий; в современном, более широком – любые отклонения при распространении волн от законов геометрической оптики.

Дифракция света - отклонение света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями (границы тел, малые отверстия). Дифракция приводит к огибанию световыми волнами препятствий и частичному проникновению света в область геометрической тени.

Найдем в произвольной точке М амплитуду световой волны, распространяющейся в однородной среде из точечного источника S.

Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, заменим действие источника S действием воображаемых источников, расположенных на вспомогательной поверхности Ф, являющейся поверхностью фронта волны, идущей из S (поверхность сферы с центром S). Френель разбил волновую поверхность Ф на кольцевые зоны такого размера, чтобы расстояния от краев зоны до М отличались на λ/2, т. е. P₁M – P₀M = P₂M – P₁M = P₃M - P₂M=...= l/2.Подобное разбиение фронта волны на зоны можно выполнить, проведя с центром в точке М сферы радиусами . Так как колебания от соседних зон проходят до точкиМ расстояния, отличающиеся на λ/2, то в точку М они приходят в противоположной фазе и при наложении эти колебания будут взаимно ослаблять друг друга. Поэтому амплитуда результирующего светового колебания в точке М

(177.1)

где А₁, А₂, ... - амплитуды колебаний, возбуждаемых 1-й, 2-й, ..., m-й зонами.

…Метод состоит в разбиении фронта падающей волны, обрезанного краями экрана, на зоны Френеля.

Рис. 1. Дифракц. кольца при прохождении света: слева — через круглое отверстие, в к-ром укладывается чётное число зон; справа — вокруг круглого экрана.

Считается, что на экране вторичные световые волны не рождаются и световое поле в точке наблюдения определяется суммой вкладов от всех зон. Если отверстие в экране оставляет открытым чётное число зон (рис. 1), то в центре дифракц. картины получается тёмное пятно, при нечётном числе зон — светлое. В центре тени от круглого экрана, закрывающего не слишком большое число зон Френеля, получается светлое пятно. Величины вкладов зон в световое поле в точке наблюдения пропорциональны площадям зон и медленно убывают с ростом номера зоны. Соседние зоны вносят вклады противоположных знаков, т. к. фазы излучаемых ими волн противоположны.

Черт знает что это такое!!!