- •Оптика, основы квантовой механики, физики твердого тела и ядерной физики.
- •Печатается по решению
- •Лр № 020449 от 31.10.97. Подписано в печать
- •394017 Воронеж, пр. Революции, 19
- •Оптика Лекция 1. Интерференция света
- •1.2. Интерференция света
- •1.3. Интерференция от двух источников
- •1.4. Интерференция в тонких пленках. Интерферометры
- •С учетом подстановки
Оптика Лекция 1. Интерференция света
1.1. Электромагнитные волны. Свет
Следствием из теории Максвелла (см. "Основы электродинамики". Лекция 16.) является вывод: переменные электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом, образуя переменное электромагнитное поле, а возмущения такого поля существуют и распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн, переносящих энергию. Из теории колебаний (см. "Механика . . .". Лекция 7) любая волна должна описываться волновым уравнением. Для электромагнитных волн такое уравнение есть
Из сравнения уравнений следует, что и для вакуума 3 108 = С (скорость света), т.е. электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью света.
Если компоненты поля ( и ) зависят только от t и x (плоский случай), то
Решением этих уравнений являются выражения:
,
представляющие собой две плоские поперечные волны. Отметим, что синусоидальная электромагнитная волна называется монохроматической, если в каждой точке поля проекция векторов и , на соответствующие оси координат инерциальной системы отсчета, совершают гармонические колебания одинаковой частоты ().
Успехом теории Максвелла явилось создание шкалы электромагнитных волн. В зависимости от (частоты) или (длины волны) , а также способов излучения и регистрации различают следующие виды электромагнитных волн:
а) Радиоволны (девять поддиапазонов) - > 10-5 м.
б) Оптическое излучение (свет) - = 10-9 – 10-3 м. Подразделяется на инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое.
в) Рентгеновское излучение - 10-8 – 10-14 м.
г) - излучение - < 10-10 м.
Таким образом, свет – электромагнитная волна, имеющая определенный диапазон длин волн или частот. Раздел физики, изучающий природу света, закономерности его испускания, распространения и взаимодействия с веществом называется оптикой.
Экспериментально доказано, что свет имеет двойственную природу (дуализм света). В одних явлениях он ведет себя как электромагнитная волна, в других - поток частиц (фотонов). Поэтому существуют две теории света: волновая и корпускулярная. В этой связи соответствующий раздел оптики называется волновым.
Предельным случаем волновой оптики (при 0) является геометрическая оптика, где законы распространения света рассматриваются на основе представлений о совокупности световых лучей (линий), вдоль которых распространяется световая энергия.
Существуют 4 экспериментальных закона геометрической оптики:
1. Закон прямолинейного распространения световых лучей. Закон экспериментально очевиден, однако является приближенным, т. к. при прохождении света, например через малые отверстия, наблюдаются отклонения (нарушения) от закона.
2. Закон независимости световых лучей , т. е. при пересечении двух и более световых лучей они не возмущают друг друга, распространяясь независимо. Закон приближенный, так как справедлив только для лучей малых интенсивностей.
3 . Закон отражения света (состоит из 2–х законов). Падающий луч, перпендикуляр к границе раздела двух сред (нормаль - N N1) в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости.
Угол падения светового луча () равен его углу отражения (), т.е.
= .
4. Закон преломления света (состоит из 2-х законов). Падающий луч, перпендикуляр к границе раздела и преломленный луч (пунктир на чертеже) лежат в одной плоскости. Отношение
= const = ,
где n1 и n2 - абсолютные показатели преломления, соответственно, 1 и 2 - сред, причем n = , т.е. численно абсолютный показатель преломления равен отношению скорости электромагнитной волны в вакууме (скорости света) к фазовой скорости электромагнитной волны в данной среде.
Отметим, что с > VФ, поэтому n > 1 - всегда, кроме того, величина n определяется свойствами среды (, ).
n21 - относительный показатель преломления двух сред, равный отношению абсолютных показателей преломления
n21 =
или отношению фазовых скоростей в соответствующих средах.