Similar presentations:
Волновая оптика
1.
ФИЗИКА, ч. IIIОПТИКА,
КВАНТОВАЯ И
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
2.
Оптика – это наука оприроде света.
Свет имеет
двойственную природу
– волновую и
корпускулярную.
3.
Раздел оптики, описывающийявления, в которых свет проявляет
волновую природу, называют
волновой оптикой.
Если свет проявляет
корпускулярную природу, то такие
явления описываются с позиций
квантовой оптики.
4.
ВОЛНОВАЯОПТИКА
5.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕВОЛНЫ
6.
Уравнения Максвелла в интегральной форме1
S
2
D dS dV
V
B dS = 0
S
3
L
4
L
dB
E d
dS
dt
S
dD
H d j
dS
dt
S
7.
Изменяющееся магнитноеполе порождает
электрическое поле,
которое порождает
изменяющееся магнитное
поле, которое порождает …
7
8.
В результате образуютсясцеплённые между собой
электрическое и магнитное
поля, составляющие
электромагнитную волну.
9.
Электромагнитная волнапредставляет собой
распространяющиеся в
пространстве колебания
электрического и
магнитного полей.
10.
Енапряженность электрического поля
Н
напряженность магнитного поля
На вещество гораздо
большее влияние оказывает
электрическое поле.
Е световой вектор
11.
Уравнение и графикэлектромагнитной волны
E E0 cos( t k r )
H H 0 cos( t k r )
12.
E0 , H 0 амплитуды волныциклическая частота
колебаний
2
2
T
частота колебаний
13.
k волновой векторk v
v - фазовая скорость волны
k
волновое число
2
k
v
14.
Длина волны равнарасстоянию, которое
проходит волна за период
колебаний.
vT
Тогда v =
15.
16.
Свойства электромагнитных волн1. Поперечны.
Векторы Е и Н лежат в плоскости,
перпендикулярной скорости
волны v .
Е
v
Н
17.
2. В вакууме ЭМ волны распространяются со скоростью светас 3 10
c
8
м/с
1
0 0
0 электрическая постоянная
0 магнитная постоянная
18.
В средах ЭМ волны распространяются с меньшей скоростьюс
v
n
n абсолютный показатель
преломления среды
19.
n характеризуетоптическую плотность среды.
n
и диэлектрическая и магнитная
проницаемости среды
20.
Прозрачные среды обычнонемагнитны (
тогда
),
n .
21.
В вакууме и ввоздухе n=1.
22.
Длина волны в среде в n разменьше, чем в вакууме:
0
0
n
длина волны в вакууме
23.
Энергия ЭМ волнПлотность энергии электрического поля:
wE
0 E
2
2
Плотность энергии магнитного поля:
wH
0 H
2
2
24.
Эти энергии равны:wH wЕ
0 E 0 H
2
2
25.
Плотность энергии ЭМ поля:w w E w H 2w E 0 E
2
Плотность потока энергии - это
энергия, переносимая волной в
1 с через единичную площадку,
перпендикулярную скорости
волны.
26.
Плотность потока энергиивыражается вектором Пойтинга
S wv
S E , H
27.
Так какE E0 cos( t k r ),
то плотность потока
энергии изменяется со
временем.
28.
S wv == 0 E cos ( t - kr ).
2
0
2
Среднее по времени значение S –
это интенсивность волны.
I S
29.
1cos (...)
2
2
I
0 E
2
0
2
v
Интенсивность волны пропорциональна квадрату амплитуды:
I
E
2
0
30.
Излучение ЭМ волнПростейший излучатель ЭМ волн
– это электрический диполь.
p электрический
дипольный
момент
p p0 cos t
диаграмма
направленности
I
В направлении своей оси
диполь не излучает.
31. Шкала электромагнитных волн
Вид Источник, Гц
Радиоволны
Переменные токи,
генераторы
10 4 10
ИК
Тепловое
излучение
(4 8) 10
400 – 700 нм
Видимый
свет
Тепловое излучение,
лампы, лазеры
до 3 10
От 1 до 400 нм
УФ
Солнце
до 5 10
От 6 пм до 1 нм
Рентген
Рентгеновские
трубки
-излучение
Радиоктивный
распад
10 10
3
12
12
От 1 мм до 10000 км
14 От 1 мкм до 1 мм
14
17
19
выше
Меньше 6 пм
32.
Четких границ междудиапазонами нет.
Видимый свет занимает узкую
область:
0, 40 0, 76 мкм
400 760 нм
33.
34. Законы геометрической оптики
Световым лучом называют направление, вдоль которого распространяетсяэнергия световой волны.
34
35.
1. Закон независимости световыхлучей: лучи при пересечении
не возмущают друг друга
(при больших интенсивностях не соблюдается).
36.
2. Закон прямолинейногораспространения:
в однородной среде свет
распространяется
прямолинейно.
37.
Если среда неоднородна,т.е. показатель
преломления n
изменяется от точки к
точке, то свет может
отклоняться от прямого
пути.
38.
Так возникают миражи.39.
3. Принцип Ферма:в неоднородной среде свет
распространяется по такому
пути, для прохождения
которого ему требуется
наименьшее время.
40.
ds1
2
На прохождение
участка dS свет
тратит время d .
ds ds n
d
v
c
Полное время:
2
1
L
ds n
c1
c
41.
Величину L ds nназывают
оптическим путем
света.
42.
Если n=const., то L n ds ns ,и оптический путь равен
произведению геометрического
пути на показатель преломления
среды.
L ns
43. 4. Законы отражения и преломления
• на границе раздела двух сред происходит отражение и преломлениесветового луча. Отраженный и преломленный лучи лежат в одной
плоскости с падающим лучом и
перпендикуляром, восстановленным к
границе раздела в точке падения.
• Угол падения равен углу отражения.
44.
45.
Закон Снеллиуса: отношение синуса углападения к синусу угла преломления равно
отношению показателя преломления
второй среды к показателю преломления
первой.
sin n2
sin n1
46.
Чем больше n, тем сильнее луч“жмется” к нормали, опущенной на
границу раздела сред.
47.
n2Величину n21
называют
n1
относительным показателем
преломления
второй среды относительно
первой.
48.
49.
Полное внутреннее отражениеможет наблюдаться при переходе
света из среды с большим n в
среду с меньшим n.
50.
Закон полноговнутреннего отражения:
sin кр n21
n2
n1
кр
51. Распространение света в волоконном световоде. При сильном изгибе волокна закон полного внутреннего отражения нарушается, и свет
частично выходит изволокна через
боковую
поверхность.