Оптика. Электромагнитные волны. Интерференция (лекция № 9)

1. Оптика. Электромагнитные волны Интерференция

Лекция №9

2. План:

1) Развитие взглядов на природу света
2) Электромагнитные волны и их свойства
3) Интерференция световых волн
4) Условия получения максимумов и минимумов
интенсивности при интерференции света
5) Способы получения интерференционной
картины

3. 1. Развитие взглядов на природу света

Оптика – раздел физики, в котором изучаются законы
излучения, распространения и взаимодействия света с
веществом.
Природа света
(корпускулярно-волновой
дуализм)
Волновая
(XVII в. – Гюйгенс,Френель, Юнг)
1864 г. – Максвелл
1888 г. - Герц
Корпускулярная
(XVII в. – Ньютон
начало XX в. – Планк, Эйнштейн)

4.

Физическая оптика
-раздел оптики, в котором
рассматриваются проблемы,
связанные с природой света
Волновая
- свет – электромагнитная
волна с длиной волны
от 380 нм до 760 нм, частотой
4 1014 8 1014 Гц
- интерференция, дифракция,
дисперсия, поляризация,
давление света
Квантовая
- свет – поток частиц (фотонов);
- тепловое излучение, фотоэффект,
давление света, эффект Комптона

5. 2. Электромагнитные волны и их свойства

Электромагнитные
волны
–
электромагнитные
колебания, распространяющиеся в пространстве с
течением времени
d
E dl dt B dS
S
L
B dS 0
S
d
H dl j d S
D dS
L
dt S
S
D dS dV
S
V
Волновые уравнения
2 f 2 f 2 f
1 2 f
2 2 2 2
2
x
y
z
V t
2
2
2
E E E
E
0
0
x 2 y 2 z 2
t 2
2
2
2
2
H H H
H
0
0
x 2
y 2
z 2
t 2
2

6. 2. Электромагнитные волны и их свойства

Электромагнитные волны – поперечные
E y Em cos ( t kx )
H z H m cos ( t kx )
0 Em 0 H m
Скорость распространения
Для вакуума
c
V
1
0 0
1
3 108 м / с
0 0
Плотность потока энергии
V
c
n
Показатель
преломления
n
S V
E D B H 0 E 2 0 H 2
e м
0 E 2 0 H 2
2
2
2
2
0 E2
0 H E
0 E2
S
Вектор Пойнтинга S E H
0 0
0
0

7. 2. Шкала электромагнитных волн

8. 3. Интерференция световых волн

Интерференция света – явление наложения когерентных
световых волн, в результате которого в пространстве возникает
устойчивая
интерференционная
картина
и
происходит
перераспределение энергии.
Интерференционная картина –
регулярное чередование областей
повышенной
(максимумы)
и
пониженной
(минимумы)
интенсивности света, постоянное во
времени.
Когерентными
называются
монохроматические
световые
волны одинаковой поляризации с
постоянной
во
времени
разностью фаз.

9. 3. Интерференция световых волн

E1 Em cos( t k1 x1 1 )
E2 Em cos( t k2 x2 2 )
2
k1
V1
k2
V2
E E1 E2 Em (cos( t k1 x1 1 ) cos( t k2 x2 2 ))
cos cos 2 cos
cos
2
2
k 2 x2 k1 x1 1 2
k 2 x2 k1 x1 1 2
E 2 Em cos
cos t
2
2
2
2
k x k x 2
D 2 Em cos 2 2 1 1 1
2
2
1 2
2
k 2 x2 k1 x1
2
E D cos( t )

10. 3. Интерференция световых волн

1 2
2
2 k 2 x2 k1 x1
4 Em cos
2
2 СР
2
CP
I СР ~ D
Некогерентные волны
2
CP
I СР ~ D
4 Em2
Em2 Em2 ~ 2 I 0
2
Когерентные волны
2
CP
I СР ~ D
2 k 2 x2 k1 x1 1 2
1
cos
2
2
СР 2
1 2 const
2
2 k 2 x2 k1 x1
4 Em cos
const
2
СР

11. 4. Условия получения максимумов и минимумов интенсивности при интерференции света

4.
Условия получения максимумов и
интенсивности при интерференции света
минимумов
2
2 k 2 x2 k1 x1
I СР ~ D 4 Em cos
2
СР
2
c
k1
; V1 ; c T k 2 n1 ; k 2 n2
1
2
V1 T V1
n1
1 2 0
2
CP
k 2 x2 k1 x1
n2 x2 n1 x1
2
Оптическая разность хода
I СР ~
( n2 x2 n1 x1 )
2
DCP
4
Em2
cos
2

12. 4. Условия получения максимумов и минимумов интенсивности при интерференции света

2
I СР ~ DCP
4 Em2 cos2
Условие наблюдения интерференционного максимума
cos 2 (
) 1 cos(
) 1
m 2m
2
m
I max ~ 4 Em2 ~ 4 I
Условие наблюдения интерференционного минимума
cos(
) 0
( 2m 1 )
( 2m 1 )
2
2
I min 0

13. 5. Способы получения интерференционной картины

Бипризма Френеля
Интерференция в тонких пленках
Кольца Ньютона