Получение когерентных волн

Волновая оптика

1) Шкала. Весь спектр ЭМВ делят на: низкочастотное излучение, радиоволны,

оптические, рентгеновское и γ-излучения. Оптический диапазон (в вакууме):

УФИ λ = 10 – 400 нм; видимое λ= 400 – 760 нм; ИКИ λ= 760 – 1000 нм

2) Показатель преломления. Основное действие света связано с Ē, показатель

преломления (с – скорость света в вакууме, - фазовая скорость

волныв среде, ε – диэлектрическая проницаемость среды), т.е. оптические свойства среды связаны с электрическими. , что приводит к дисперсии

(зависимость n и от λ). n характеризует оптическую плотность среды (больше

n – плотнее среда). В веществе .

3) Интенсивность (I) – модуль среднего по времени значения плотности потока

энергии.

~ Е_mH_m. Установлено, что , где - амплитуда Ē.

· В изотропных средах направлен по касательной к лучу.

Луч – линия, нормальная к волновой поверхности.

4) Световая волна: поперечная, естественный свет – Ē колеблется в самых разных направлениях, нормальных к .

5) Излучение светящегося тела слагается из волн атомов. Атом излучает в течение ~ цуг волн протяженностью ~ 3м. Цуги атомов, налагаясь друг на друга, образуют световую волну. Направления цугов ориентированы случайно, что определяет случайную ориентацию Ē волны. При этом E_m= const

· Если колебания Ē упорядочены, то свет поляризован (плоская, эллиптическая и пр.

поляризация).

ЭМВ на границе раздела

Установлено, что при прохождении света через границу раздела двух однородных изотропных прозрачных сред с магнитной проницаемостью µ=1 и показателями преломления n₁, и выполняется следующее:

1) Вектор преломленного луча сонаправлен с Ē падающего луча, они синфазны и .

2)Векторы отраженного и падающего лучей связаны сооотношением . При и они синфазны.

При ↑↓ , т.е. при отражении от оптически более плотной среды

фаза волны скачком меняется на .

Коэффициенты отражения и пропускания

Коэффициент отражения – величина , где I’ и I – интенсивности отра-

женной и падающей волн.

Из I ~ ~ => = =

=> = => , т.е. ρ не зависит от среды

падения волны (1 или 2).

Коэффициент пропускания – величина , где I ” и I – интенсивности

преломленной и падающей волн.

. => = . или

.

Фотометрия

Фотометрия – раздел оптики, посвященный измерению световых потоков и

связанных с ними величин.

· В фотометрии физическая природа света, его геометрические, волновые и

квантовые свойства имеют второстепенное значение.

Кривая видности (V) (относительной спектральной чувствительности глаза) отражает различие чувствительности глаза к световым потокам одинаковой интенсивности разных длин волн .

Световой поток (Ф) – характеристика интенсивности света с

учетом его способности вызывать зрительные ощущения.

[Ф]= 1лм – люмен. , где К_m ≈ 683 ;

Ф_э – поток энергии в ваттах той же длины волны λ.

Для излучения в интервале длин волн (λ,λ+dλ): dФ= , где - функция распределения световой энергии.

Полный световой поток

Сила света (I) – световой поток точечного источника, приходящийся на единицу

телесного угла. [I]=1кд – кандела

· В общем случае I зависит от направления;

· Для изотропного источника , где Ф – полный световой поток источника.

Освещенность (Е) – световой поток, падающий на единицу площади поверхности.

[E] =1 лк – люкс. 1лк= .

Светимость (М) – световой поток, испускаемый (отражаемый) единицей площади

поверхности наружу по всем направлениям , [М] = 1 .

· М характеризует различные участки протяженного источника света.

Яркость (L) - отношение силы света I элемента поверхности ∆S в

заданном направлении к проекции ∆S на плоскость,

перпендикулярную этому направлению ∆

θ

[L]=1

· L характеризует излучение (отражение) в заданном направлении.

Интерференция света

δ

A1

A2

Пусть в некоторой точке пространства интерферируют две когерентные волны. Тогда Ā=Ā₁+Ā₂ , где Ā, Ā₁, Ā₂ - амплитуды результирующего, 1-го и 2-го колебаний, δ-разность фаз A₁ и А₂. Из векторной диаграммы

= из I ~ => I=

В точках пространства, где cosδ > 0 I > - max

где cosδ < 0 I < - min

· Для некогерентных волн <cosδ>=0 (δ-случайное) и I=I₁+I₂

Получение когерентных волн

Для нелазерных источников света: результат сложения цугов (волна) немонохро-матичен и имеет случайное значение начальной фазы, т.е. нелазерные источники не позволяют получить когерентные волны. Для получения когерентных волн одну волну делят на две, как бы исходящие от двух когерентных источников S₁ и S₂. В вакууме в т. P две когерентные волны от S₁ и S₂ имеют разность хода ∆=r₂-r₁.

Если обе волны синфазны, то ∆= - условие макси-мумов; если волны противофазны, то ∆=(2k+1) - усло-вие минимумов, где k=0, ±1,±2, …

В среде с показателем преломления n: оптическая разность хода волн .

На геометрической разности хода, равной длине волны возникает разность фаз 2π, на геометрической разности хода

∆ - разность фаз δ. Тогда => , где λ - длина волны в вакууме.