3+Оптика_+Интерференция+света_2014_1

1. Шкала электромагнитных волн

Радиоволны:
λ ~ 104 - 5 .10-5 м.
Оптическое излучение: 10 нм - 1 мм.
Рентгеновское излучение: 10 нм - 100 нм.
Гамма излучение: < 0,1 нм.

2. Оптическое излучение

Оптическим излучением или светом называются
электромагнитные волны, длины волн которых в вакууме
лежат в диапазоне от 10 нм до 1 мм (границы условны).
Оптическое излучение: инфракрасное (ИК), видимое и
ультрафиолетовое (УФ). Инфракрасное излучение электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми
телами, длины волн которого в вакууме лежат в пределах
от 1 мм до 770 нм. Видимое излучение, или видимый
свет, - электромагнитное излучение с длинами волн в
вакууме от 770 нм до 380 нм, которое способно
непосредственно вызывать зрительное ощущение в
человеческом глазе. Ультрафиолетовое излучение электромагнитное излучение с длинами волн в вакууме от
380 до 10 нм

3.

О п т и к а
- раздел физики, в котором
изучается природа света, закономерности его
испускания, распространения и взаимодействия с
веществом.
Учение о свете принято делить на три части:
- геометрическая ( лучевая ) оптика;
- волновая оптика;
- квантовая оптика.

4. Предварительные сведения

• Скорость света в немагнитных средах:
с
с
с
n
n
где
n - показатель преломления среды.
• Монохроматическим называется свет одной
частоты.
• Длина световой волны:
λ = λo / n
λo – длина волны в вакууме;
λ - длина волны в среде с показателем преломления
n.

5.

Закон преломления:
i
(1)
n2 sin i
n1
1) n21
, n21 = υ1/υ2
n1 sin r
(2)
Закон отражения:
n2
i'
r
n2 > n1
2) i=i'
• Геометрический путь светового луча – длина пути в
среде: r.
• Оптический путь – произведение показателя
преломления на геометрический путь: n.r
• Геометрическая разность хода лучей (луча):
|r2-r1| = Δ r
Оптическая разность хода лучей (луча):
|n2r2-n1r1 | = Δ

6.

Интерференция света
• Интерференция – явление наложения
когерентных волн.
• Когерентными называются волны, у которых
частоты равны, а разность фаз постоянна или
равна нулю.
• Наложение когерентных волн сопровождается
перераспределением энергии волны в
пространстве: в одних точках волны взаимно
усиливают друг друга, в других – взаимно
ослабляют.

7.

Интерференция (продолжение 1)
• В некоторую точку пространства приходят лучи от
двух когерентных источников:
Е1 = Е01соs(ωt kr1) = Е01соsφ1
S1
☼
Е2 = Е02соs(ωt kr2) = Е02соsφ2
Е02= Е012 + Е022 +2Е01Е02соsΔφ
S2
☼
Δφ = |φ2 - φ1| = k | r2 - r1| = 2π Δr / λ
2
Δφ разность фаз,
r
Δr – разность хода лучей.
М
Э

8.

Интерференция (продолжение 2)
Е02= Е012 + Е022 +2Е01Е02соsΔφ ,
1) Если: Δφ = 0, 2π, 4π,….., 2mπ ,
Δr = 2m(λ / 2) = mλ, где
то:
2 r /
или
m = 0,1,2,3,…
Е02= Е012 + Е022 +2Е01Е02
J = J1+J2+2√J1J2 > (J1 + J2)
условия максимума
Δφ= 2mπ
интенсивности света
Δr = mλ
при интерференции
2) Если: Δφ = π, 3π, 5π,….., (2m+1)π , или
Δr = (2m+1)λ / 2,
где m = 0,1,2,3,…
то:
Е02= Е012 + Е022 - 2Е01Е02
J = J1 + J2 + 2√J1J2 < (J1 + J2)
условия минимума
Δφ = (2m + 1)π
при интерференции света
Δr = (2m + 1)λ/2

9.

Получение когерентных волн
Е1=Е01cos (t-s1/υ1),
Е2=Е02cos (t-s2/υ2),
М
где υ1 = c/n1, υ2 = с/n2
Разность фаз колебаний, возбуждаемых в т.М:
= ( s2/v 2- s1/ v 1) =
.
Условие максимума
:
Условие минимума:
2
(s2n2-s1n1) =
0
= ± m 0
= ± (2m+1) 20
2
0
(L2 –L1) =
2
0

10.

Интерференция от 2-х когерентных источников (щели Юнга)
(b)
(а)
= S2 - S1.
S l ( x d / 2 ) ,
2
2
2
2
S12 l 2 ( x d / 2 )2 ,
S 22 S12 l 2 ( x d / 2) 2 l 2 ( x d / 2) 2 2 xd
(S2 - S1). (S2 + S1) = 2xd,
l>>d , поэтому
= xd/l
L
L
,
xmax = m
xmin = (2m+1) 0,
0
d
d
S2 + S1 2 l,
L
x 0
d

11.

Интерференция на плоскопараллельной пластинке
(отражённый свет)
n( AB BC ) ( AD 0 )
2
2d n 2 sin 2 0 / 2
Условие максимума:
d
2d n 2 sin 2 0 / 2 m 0
или
0
2d n sin ( 2m 1 )
2
Условие минимума:
0
2
2
2d n sin 0 / 2 ( 2m 1 ) , или
2
2d n 2 sin 2 m 0
2
2
(m = 0, 1, 2, 3, … – порядок максимума или минимума )

12.

Кольца Ньютона
(в отражённом свете)
;
= 2h +λ0 /2, R2 = (R – h)2 + r2, h=r2/(2R).
Радиус m-ого светлого кольца
rm =
R( 2m 1 ) 0 ,
2
Радиус m-ого тёмного кольца
rm = Rm 0 ,
= r2/R +λ0 /2.
m = 1,2,3,…
m = 0,1,2,3,…