Интерференция на тонких пленках

Изображение предметов с помощью линз

Если на собирающую линзу направить пучок параллельных лучей, наклонных по отношению к главной оптической оси, то после преломления линзой лучи пересекаются в некоторой точке задней фокальной плоскости. Это точка, где заднюю фокальную плоскость пересекает центровой луч, идущий вдоль исходного пучка.

Если на рассеивающую линзу направить пучок параллельных лучей параллельно главной оси, то за линзой получится расходящийся пучок, причем продолжения преломленных лучей пересекаются в некоторой точке, называемой передним фокусом рассеивающей линзы.

Формула тонкой линзы:

.

а – расстояние от линзы до предмета. F – фокусное расстояние.

 

4. Интерференция света. Необходимым условием интерференцией волн является их когерентность. Когерентными называются волны, которые:

– Имеют одинаковую частоту (длинны волны);

– Разность фаз, которые не меняются с течением времени;

– Колебание волн должно проходить в одной плоскости.

Интерференция волн – это наложение двух когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности.

Оптическая разность хода:

Δ=S₁n₁-S₂n₂

Δ=L₁-L₂

Произведение длины пути световой волны в данной среде на показатель преломления в данной среде называется оптической длиной пути, а разность оптических длин называется оптической разностью хода.

Δ=±ml, m=0,1,2,3,…, d=±2πm - условие интерференционного максимума

Δ=±(2m+1) , d=±(2m+1)π - условие интерференционного минимума

Метод Юнга

Свет от ярко освещенной щели S падает на две щели S1 и S2 играющие роль когерентных источников. Интерференционная картина BC наблюдается на экране Э.

Интерференция на тонких пленках.

Под тонкой пленкой будем понимать такой прозрачный слой, толщина которого сравнима с длинной волны. В природе часто наблюдается радужное отражение пленок (масленая пленка на воде, мыльные пузыри). Она возникает в результате интерференции света отраженной двумя поверхностями пленки (верхней и нижней).

Пусть на плоскую параллельную пластинку с показателем преломления n и толщиной d под углом α падает плоская монохромная волна.

Линия AD перпендикулярна направлению пучка является фронтом волны до плоскости AD. Оба луча имеют одинаковую разность фаз. От этой плоскости лучи дальше проходят различные пути, и происходит сложение лучей.

Кольца Ньютона:

Наблюдаются при отражении света от воздушного зазора образованного плоско параллельной пластинкой и соприкасавшейся с ней плоско-выпуклой линзой, с большим радиусом кривизны.

Параллельный пучок света падает на плоскую поверхность линзы и частично отражается от верхней и нижней поверхностей воздушного зазора. При наложении отраженных лучей образуются полосы равной толщины.

 

6. Дифракция света. Дифракция – является огибание волной препятствий встречающейся на её пути или более в широком смысле любое отклонение света от прямолинейного распространения в однородной среде, когда свет, огибая препятствия, заходит в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса-Френеля:

а. каждая точка до которой доходит волна служит центром вторичных волн, а огибание этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени;

б. все эти вторичные источники волн когерентны и поэтому свет от них приходя в данную точку интерферирует.

Дифракция Френеля на круглом отверстии:

А_м= - амплитуда результирующих колебаний в точке М.

«-» - четные М, «+» - нечетные М.

Дифракция на диске:

А_м= в точке М всегда наблюдаются максимумы.

Дифракционная решетка представляет собой систему параллельных щелей равной ширины расположенных на равных расстояниях друг от друга.

d=a+b – период решетки

asinj=±ml, где m=1,2,3,… -условие главного минимума

dsinj=±(2m+1) , m=0,1,2,… - условие дополнительного минимума

dsinj=±2m =±ml, m=0,1,2,… - условие главного максимума

7. Естественный и поляризованный свет. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н) (где Е – вектор напряженности электрического поля; Н – магнитного поля) называется естественным. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.

Закон Малюса:

где I и I₀ – интенсивность света.

 

Двойное лучепреломление.

Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способностью двойного лучепреломления, т.е. раздваивание падающего на них светового пучка. Если на кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу. Даже в том случае, когда первичный пучок падает на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется. Второй из этих лучей получил название необыкновенного Е, а первый обыкновенного О.

 

9. Закон Кирхгофа. Отношение испускательной и поглощательной способности не зависит от природы тела, оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длинны волны) и температуры: .

Закон Стефана-Больцмана. Энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры .

Закон Вина. Длина волны, на которую приходится максимум излучательной способности обратно пропорциональна абсолютной температуре .

Формула Планка. Атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями – квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебаний: . h=6.625*10-34 Дж с – постоянная Планка.

 

10. Фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Законы фотоэффекта:

1. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорциональна интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода).

2. Максимальная начальная скорость (максимальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой, а именно линейно возрастает с увеличением частоты.

3. Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не вызывает.

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: .

Внутренний фотоэффект – это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу.

Вентильный фотоэффект – возникновение э.д.с. (фото-э.д.с.) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля).