- •Уравнения максвела. Электромагнитные волны
- •1. Фарадеевская и максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Ток смещения.
- •2. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Электромагнитное поле.
- •3. Волновые уравнения для электромагнитного поля и их решения. Скорость распространения электромагнитных волн в средах. Основные свойства электромагнитных волн.
- •4. Энергия и поток энергии электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга.
- •5. Изучение диполя. Диаграмма направленности.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Распространение света через границу двух сред
- •2. Полное внутреннее отражение. Световоды.
- •Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Интерференция света
- •Интерференция света. Когерентность и монохроматичность
- •2. Пространственная когерентность. Радиус когерентности.
- •3. Оптическая длина пути. Расчет интерференционной картины о двух когерентных источников.
- •4. Полосы равной толщины и равного наклона.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Дифракция света
- •1. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля.
- •2. Дифракция Фраунгофера на одной щели.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Поляризация света
- •1. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации. Степень поляризации.
- •Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера.
- •4. Поляроиды и поляризационные призмы. Поляризаторы и анализаторы.
- •5. Искусственная оптическая анизотропия. Эффект Керра.
- •6. Вращение плоскости поляризации.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Дисперсия света. Поглощение света.
- •Дисперсия света. Методы наблюдения дисперсии. Нормальная и
- •2. Электронная теория дисперсии.
- •Затруднения электромагнитной теории Максвелла.
- •Поглощение света, спектр поглощения. Цвета тел.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Спектр колебаний. Разложение фурье.
- •Спектр и спектрограмма функции.
- •Разложение Фурье. Понятие о гармониках.
- •Спектральное разложение несинусоидального периодического сигнала.
- •Вопросы для самоконтроля.
2. Электронная теория дисперсии.
Исследуем зависимость диэлектрической проницаемости среды от частоты ℇ(ω) световых волн, вызывающих смещение электрических зарядов вещества(а т. к. n = ℇ, то получим зависимость n(ω)). Электрическое смещение связано с напряженностью электрического поля
= ℇℇ , (35-1)
а с другой стороны
= ℇ + , (35-2)
где - поляризованность (см. ч.3, лекц. №18). Приравнивая (35-1) и (35-2) можно выразить ℇ. Предварительно получим выражение для поляризованности .
Под влиянием электрического поля электрон в атоме смещается из положения равновесия на расстояние , превращая таким образом атом в электрическую систему с электрическим моментом , направленную вдоль поля-диполь. (Речь идет о так называемых «оптических» электронах, слабо связанных с ядром.) Если в единице объема среды находится N атомов, то электрический момент единицы объема , а эта величина по определению является поляризованностью.
В одном атоме может быть несколько электронов, взаимодействующих с внешним полем («оптических» электронов), тогда целесообразно записать
(35-3)
Подставляя это выражение в (35-2)
ℇ (35-4)
Далее определим смещение электронов под действием внешнего периодически меняющегося поля (ωt + α). При прохождении световой волны на каждый оптический электрон действует сила электрического поля волны
(ωt + α) = .
Под воздействием этой силы электроны совершают вынужденные колебания с частотой ω.
Оптические электроны согласно классическим представлениям связаны с остальной частью атома квазиупругой силой где к – коэффициент упругости, определяемый свойствами вещества, - смещение электрона из положения равновесия. Таким образом, каждый оптический электрон обладает собственной частотой колебаний ω0.
Смещение можно найти из уравнения движения (в пренебрежении затуханием колебаний)
,
где m – масса электрона, или
.
Разделим обе части на m и перенесем - в левую часть уравнения.
Обозначим , тогда
Решение этого уравнения
Тогда из уравнения (35-3) поляризованность
Подставляя это выражение для в (35-2) и приравнивая (35-2) к (35-1), получим
ℇℇ (t) = ℇ (t) +
Сократим последнее равенство на (t), разделим обе части на ℇ и получим выражение для диэлектрической проницаемости среды
ℇ ℇ (35-5)
Т ак, как n = ℇ, то
ℇ (35-6)
Рис. 35.5
Дисперсионная кривая n(ω), соответствующая выражению (35-6) представлена на рис. 35.5 в предположении двух оптических электронов у атома. Дисперсионная кривая распадается на ряд ветвей. Вблизи ω0i (собственные частоты колебаний разных оптических электронов) (пунктир). Если учесть реально существующее затухание колебаний, то можно получить более точное выражение для зависимости n(ω), пригодное и для областей аномальной дисперсии (где n убывает с частотой).