Дифракция и дисперсия света

1.

Дифракция и
дисперсия света

2.

2

3.

3

4.

4

5.

5

6.

6

7.

7

8.

8

9.

9

10.

10

11.

11

12.

12

13.

13

14.

14

15.

9.1. Дисперсия света
Дисперсией света называется зависимость показателя
преломления n вещества от частоты ν (длины волн λ) света
или
зависимость фазовой скорости световых волн от их частоты.
или
n f ( ν)
n f ( λ)

16.

Разложение светового пучка в дисперсионный спектр
вследствие дисперсии света на стеклянной призме

17.

φ A(n 1)
Угол отклонения лучей призмой тем больше, чем больше преломляющий
угол призмы
Лучи разных длин волн после прохождения призмы отклоняются на разные углы.
Пучок белого света за призмой разлагается в спектр, который называется
дисперсионным или призматическим

18.

Дифракционная решетка разлагает белый свет
на составляющие, причем из формулы
m
sin
видно, что свет с большей длиной волны (красный)
отклоняется на больший угол
(в отличие от призмы, где все происходит
наоборот)
d

19.

Различия
спектрах.
в
дифракционном
и
призматическом
1)
Дифракционная решетка разлагает свет непосредственно по длинам
волн:
2)
а призма – по показателям преломления:
m
sin
b
φ A(n 1)

20.

2) Составные цвета в дифракционном и призматическом спектрах
располагаются различно: красные лучи, имеющие большую длину волны,
чем фиолетовые, отклоняются диф - решеткой сильнее,
а в призме
наоборот.

21.

Величина
dn
D
d
или
dn
D
d
называемая дисперсией вещества, показывает, как быстро меняется показатель
преломления с длиной волны.

22.

9.2. Нормальная и аномальная дисперсии
Области значения ν, в которых
dn
0
dv
или
соответствует нормальной дисперсии света
показатель преломления n увеличивается).
dn
0
d
(9.2.1)
(с ростом частоты ν,
Дисперсия называется аномальной, если
dn
0
d
или
dn
0
d
т.е. с ростом частоты ν показатель преломления n уменьшается.
(9.2.2)

23.

9.4. Поглощение (абсорбция света)
Поглощением (абсорбцией) света называется явление потери
энергии световой волной, проходящей через вещество.
Для плоской волны, распространяющейся вдоль оси x, имеем:
E ( x ) E0 e
t
П. Бугер (1698 – 1758) – французский ученый
Закон Бугера:
J ( x) J 0 e
E0 e
.
x
J 0 – интенсивность волны на входе в среду,
α – коэффициент поглощения
x

24.

При
1/ x
J J0 / e
Следовательно, коэффициент поглощения – физическая величина,
численно равная обратному значению толщины слоя вещества, в котором
интенсивность волны убывает в е = 2,72 раз.
Зависимость коэффициента поглощения от длины волны определяет
спектр поглощения материала.

25.

Рассеяние света
В неоднородной среде световые волны дифрагируют на
неоднородностях среды – рассеиваются.
Среды с ярко выраженной оптической неоднородностью
называют мутными:
1.
2.
3.
4.
5.
Дымы – взвеси в газах мельчайших твердых частиц;
Туманы - взвеси в газах мельчайших капель жидкости;
Взвеси (суспензии) – жидкости с плавающими в них
твердыми частицами;
Эмульсии – взвеси частиц одной жидкости в другой, не
растворяющие первую;
Некоторые твердые тела (опал, перламутр…)

26.

• Если размеры неоднородностей малы по сравнению с
длиной волны:
В результате рассеяния света интенсивность в направлении
распространения убывает быстрее, чем в случае только
поглощения:
l
I I 0e
α’ – коэффициент экстинкции.
Интенсивность рассеянного света:
J ~ ~
4
1
4
- закон Рэлея.
Рассеянный свет является частично поляризованным.

27.

• Если размеры неоднородностей сравнимы с длиной
волны:
Электроны, находящиеся в различных местах неоднородности,
колеблются с заметным сдвигом по фазе.
В результате интенсивность рассеянного света:
J ~ ~
2
1
2
Молекулярное рассеяние – рассеяние, обусловленное
флуктуациями плотности жидкости или газа.
Флуктуации вызваны хаотическим движением молекул
вещества.

28.

Рассеянный свет (туман)

29.

Рассеянный свет (раннее утро)
Голубые и синие лучи рассеиваются сильнее,
чем желтые и красные (закон Рэлея),
обуславливая голубой цвет неба

30.

Рассеяние света под водой
Рассеяние света, как правило,
значительно интенсивнее
поглощения,
Т.о. с увеличением глубины
преобладает уже
не направленный, а рассеянный
свет, идущий со всех сторон.
Поэтому на достаточно больших
глубинах, вне видимости дна и
поверхности, можно стать
жертвой эффекта так
называемой «голубой пелены» и
потерять представление о том,