Волновая природа света

• Волна

  • Определение волны

  • Скорость света

    • Вакуум

    • Вещество

  • Показатель преломления

    • Дисперсия показателя преломления

• Продольные и поперечные волны

• Плоская монохроматическая волна

  • Фронт волны

  • Волновое уравнение

  • Уравнение плоской монохроматической волны

    • Амплитуда

    • Круговая (циклическая) частота

    • Фаза, начальная фаза

  • Волновое число

  • Экспоненциальное представление плоской монохроматической волны

    • Формула Эйлера

    • Действительная и мнимая части

  • Уравнение плоской монохроматической волны, распространяющейся в произвольном направлении

• Сферическая волна

  • Точечный источник света

  • Убывающая амплитуда

  • Уравнение сферической волны

  • Как получить плоскую волну, используя точечный источник света

• Монохроматические и квазимонохроматические волны

  • По определению описывается гармонической функцией

  • Постоянные частота, амплитуда и фаза

  • Любая реальная волна не является монохроматической

  • Больше интервал постоянства амплитуды – более монохроматическая волна

  • Монохроматическая волна – абстракция (модель)

  • Квазимонохроматическая волна

    • Пример с убывающей амплитудой

  • Гармоническая волна с изменяющейся амплитудой эквивалентна совокупности нескольких монохроматических волн

    • Пример с гармонически изменяющейся амплитудой

    • Любой периодический и непериодический закон изменения амплитуды)

  • Модуляция

    • Пример с двумя камертонами

  • Световые волны, излучаемые атомами

    • Цуг

    • Длина цуга

    • Спектральный состав излучения цуга

Поляризация света

• Равнозначность продольных волн

• Различие поперечных волн

• Волна вида ”E_x, B_y”

  • Синфазность колебаний

  • Правая тройка векторов

• Понятие поляризации

  • Плоско (линейно) поляризованные волны

  • Волна вида ”E_x, B_y”

  • Плоскость поляризации

  • Колебания вдоль одной линии – линейная поляризация

  • Плоскость поляризации – ”E_y, B_x” (–E_y = B_x)

• Направление поляризации – направление колебаний вектора

  • Изображение в виде линии

  • Приоритет при взаимодействии света с веществом

• Общий случай поляризации

  • Бесконечное число различных линейных поляризаций света

  • Суперпозиция линейно поляризованных волн

  • Уравнение эллипса, вписанного в прямоугольник

  • Эллиптически поляризованная волна – общий случай поляризации света

  • Понятие правой и левой поляризации

    • Направление вращения определяется разностью фаз

  • Важные частные случаи

    • Линейная поляризация ()

    • Круговая (циркулярная) поляризация (

    • Суперпозиция волн, поляризованных по правому и левому кругу

• Естественная поляризация

  • Полностью поляризованная волна

  • Хаотические изменения поляризации нелазерного источника света

  • Равновероятные направления – естественно поляризованная волна

  • Солнечный свет, излучение лампочки накаливания

• Частично поляризованный свет

  • Суперпозиция естественно и линейно поляризованных компонент

• Степень поляризации

  • Неоднозначность термина

• Поляризатор

  • Ось поляризатора

  • Прохождение естественного света через поляризатор

  • Прохождение линейно поляризованного света через поляризатор

  • Закон Малюса

Интерференция

Сложение электромагнитных колебаний

• Сложение двух колебаний с одинаковыми частотами

  • Метод векторных диаграмм

  • Сумма двух колебаний

  • Когерентные колебания

  • Интерференция

  • Некогерентные колебания

Интерференция световых волн

• Интерференция двух волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях

• Интерференция волн разной частоты

• Условия максимума и минимума интерференционной картины

• Связь между разностью хода и разностью фаз

• Интерференционная картина на экране

• Видимость интерференционной картины

Интерференционные схемы

• Интерференция и волновая природа света

• Излучение обычных источников света

• Длина когерентности

• Общая идея интерференционных схем

• Ограничение, накладываемое на разность хода

Метод деления волнового фронта

• Схема Юнга

  • Дифракция света на щелях

  • Требования к размерам источников

  • Два действительных когерентных источника света

• Зеркало Ллойда

  • Малые углы

  • Мнимый когерентный источник света

• Бизеркала Френеля

  • Два мнимых изображения одного источника

  • Ограниченная интерференционная картина

• Бипризма Френеля

Влияние немонохроматичности света и размеров источника

на видимость интерференционной картины

• Ширина интерференционной полосы

  • Зависит от длины волны и углового расстояния между источниками

  • Спектральная линия

  • Полуширина спектральной линии

• Уширение интерференционных максимумов (минимумов)

• Предельный порядок интерференции

• Степень монохроматичности света

• Допустимая разность хода

• Влияние размеров источника

Метод деления амплитуды

(Интерференция в тонких пленках)

• Преимущество: менее жесткие условия к размерам источника

• Полосы равного наклона

  • Создание когерентных волн

  • Оптическая длина пути

  • Разность хода между интерферирующими лучами

  • Отражение от оптически более плотной среды

  • Интерференционная картина

  • Полосы равного наклона

  • Допустимые толщины пленки

  • Локализация полос равного наклона

• Полосы равной толщины

  • Локализация полос равной толщины

  • Одинаковый угол падения

  • Разноцветные полосы на пленке бензина

  • Кольца Ньютона

    • Локализация интерференционной картины

    • Вид интерференционной картины

    • Радиус темного кольца

    • Кольца Ньютона в проходящем свете

    • Кольца Ньютона в белом свете