Лекция №4 Волновая оптика

1.

Лекция №4
ВОЛНОВЫЕ
СВОЙСТВА
СВЕТА

2.

Оптика - раздел физики,
в котором изучаются
закономерности световых
(оптических) явлений, природа
света и его взаимодействие с
веществом.

3.

геометрическая или лучевая оптика, в основе которой
лежит представление о световых лучах
волновая оптика, изучающая явления, в которых
проявляются волновые свойства света
квантовая оптика, изучающая взаимодействие света с
веществом, при котором проявляются корпускулярные
свойства света

4.

геометрическая
Закон
прямолинейного
распространения
света
Закон отражения
Закон преломления
волновая
Дисперсия
Интерференция
Дифракция
Поляризация

5.

Волновая оптика —
это раздел оптики, в котором
свет рассматривается как
электромагнитная волна.

6.

Теории света:
1. Корпускулярная теория света Ньютона:
свет -это поток частиц, идущих от источника во все
стороны
(перенос вещества)
2. Волновая теория света Гюйгенса:
свет- это волны, распространяющиеся в особой
гипотетической среде эфире, заполняющем все
пространство и проникающем внутрь всех тел.
3. Электромагнитная теория света Максвелла:
свет – это частный случай электромагнитных волн.
При распространении свет ведет себя как волна.
4. Квантовая теория света:
при излучении и поглощении свет ведет себя подобно
потоку частиц.

7.

Гюйгенс Х.
(1629-1695)
Юнг Томас
(1773-1829)
Ньютон И.
(1643-1727)
Френель О.
(1788-1827)
Максвелл Дж.
(1831-1879)

8.

Другая точка зрения заключалась в том, что лучи испускаются
светящимся телом и, достигая человеческого глаза, несут на
себе отпечаток светящегося предмета.
Такой точки зрения придерживались атомисты Демокрит,
Эпикур, Лукреций.
Демокрит
Эпикур
Лукреций

9.

Аристотель тоже высказал свою точку зрения по поводу
природы света. Он рассматривал свет как
распространяющееся в пространстве действие или движение.
В дальнейшем его взгляды на природу света положили начало
волновой теории света.
Огромную роль в развитии оптики сыграло определение
скорости света. Впервые скорость света была определена
датским астрономом Олафом Ремером (1644-1710) в 70-х
годах XVII века.
Аристотель
Олаф Ремер

10.

В XVII веке происходит окончательное
формирование двух противоположных теорий света
Корпускулярная теория
Волновая теория
Ньютон
Гюйгенс

11. СВЕТ

Свет – это электромагнитные волны с
диапазоном частот от 4*1014 до 7,5*1014 Гц.
Свет
излучается атомами в виде частиц-квантов
распространяется по законам волн
поглощается веществом как поток частиц

12.

Искусственные
Естественные
бактерии на рыбе
свеча
звезды
лампа
комета
лучина
костер
солнце

13. Использование света

Оптические приборы:
•Проекционные аппараты
•Фото- и киноаппараты
•Телескопы
•Спектроскопы
•Лазерные гироскопы
Связь:
•Телевидение
•Фототелеграф
•Оптическая связь:
семафор, телефон
на основе
волоконной оптики
и др.
Метрология:
•Эталон метра
•Контроль за качеством обработки
поверхностей
•Спектральный анализ
•Осциллография
•Лазерная локация планет
•Лазерные интерферометры
Электроника:
•Фотоэлементы,
солнечные батареи
•Оптоэлектроника
Светотехника:
•Источники света
•Лазерный скальпель
•Лазерная сварка
•Голография
•Просветление оптики

14. Свойства волновой природы света

Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривала свет как
волновой процесс, подобный механическим волнам.
В основу волновой теории был
положен принцип Гюйгенса, согласно
которому каждая точка, до которой
доходит волна, становится центром
вторичных волн, а огибающая этих волн
дает положение волнового фронта в
следующий момент времени.
Под волновым фронтом Гюйгенс понимал
геометрическое место точек, до которых
одновременно
доходит
волновое
возмущение.
Свойства света, как волны:
Интерференция
Дисперсия
Дифракция
Поляризация

15. Явления

ДИСПЕРСИЯ
ИНТЕРФЕРЕ
НЦИЯ
ДИФРАКЦИЯ
ПОЛЯРИЗАЦИЯ

16.

Дисперсия света
Зависимость показателя
преломления света от частоты
колебаний (или длины волн)
называют дисперсией.
Дисперсия приводит к тому, что с
помощью призмы можно
разложить белый свет в спектр.

17.

Дисперсия света
Дисперсия – разложение света в спектр.
От латинского слова dispersio – рассеяние.
400 нм
500 нм
УФ
600 нм
700 нм
ИК
Длины волн в вакууме
17

18.

Дисперсия света
Причиной дисперсии является различие
показателей преломления для волн разной
длины. (сильнее всего преломляется фиолетовый
свет, слабее всего преломляется красный свет).
Исаак Ньютон наблюдал
дисперсию, пропуская
белый свет через призму.
э
к
р
а
н
18

19.

Первым, кто смог разобраться в явлении разложения белого
света призмой в спектр, был Исаак Ньютон. В 60-е годы
XVII века он открыл явление дисперсии света и простых
цветов.

20.

Интерференция света
Интерференция световых волн - сложение
когерентных волн, вследствие которого
наблюдается
усиление
или
ослабление
результирующих
световых
колебаний
в
различных точках пространства.

21.

Условие максимумов
интерференционной картины
Амплитуда колебаний среды в данной
точке максимальна, если разность
хода двух волн равна целому числу
длин волн
k= 0. 1. 2...

22.

Условие минимумов
интерференционной картины
Амплитуда колебаний среды в данной
точке минимальна, если разность
хода двух волн равна нечетному
числу полуволн
k= 0. 1. 2...

23.

Дифракция
Дифракция – явление огибания
волнами препятствий.

24.

Дифракционная решетка
Простейшая дифракционная решетка
представляет собой правильно чередующиеся
прозрачные и непрозрачные полосы, поперечные
размеры которых сравнимы с длиной волны.
• Ширина прозрачной части -а, непрозрачной - b.
Величину (а + b) называют постоянной решетки
или ее периодом.

25. Поляризация

Определение:
Основные положения:
Явления,
обусловленные
поперечностью
световых волн
•Поперечность световых волн
•Прохождение света через
анизотропные среды – кристаллы
(турмалин)
•Поляризованный свет

26. Поляризация света

• Поляризация - одно из волновых свойств света.
• Различные источники света могут испускать
как поляризованный, так и неполяризованный
свет.
• При помощи поляроидов можно управлять
интенсивностью света;
• Явление поляризации света встречается в
природе, широко используется в современной
технике.

27.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА
Свет овые волны с колебаниями лежащими в одной
определенной плоскост и.

28.

Поляризация света
Естественный (неполяризованный) свет – свет, в
котором присутствуют все возможные направления
вектора напряженности.
Е
Поляризованный свет – свет, в котором присутствует
только одно направление вектора напряженности,
перпендикулярное направлению распространения
волны.
Е
Е
Е
28

29.

КОЛЬЦА НЬЮТОНА
Зная радиус колец,
вычислить
длину
используя формулу
можно
волны,
r2 = R k λ
где r – радиус колец, R – радиус
кривизны выпуклой поверхности линзы.

30.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
КОГЕРЕНТНЫХ ВОЛН
Бипризма
Френеля
Условие максимума
λ
∆r=2k 2
где n = 1, 2, …..
,
Условие минимума
∆ r = (2 k + 1) λ
2
∆ r = r2 – r1

31.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
КОГЕРЕНТНЫХ ВОЛН
Зеркала Френеля
Опыты Юнга

32.

32

33. Спасибо за внимание! Удачи в усвоении новых знаний!