- •«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
- •Физика, часть 3
- •1.Волновая оптика
- •1.1.Световой вектор. Уравнение плоской световой волны
- •1.2. Интерференция световых волн. Условия, необходимые для осуществления интерференции
- •1.3.Условия максимумов и минимумов при интерференции световых волн
- •1.4.Интерференция в тонких пленках
- •1.5. Кольца Ньютона
- •Контрольные вопросы
- •Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля
- •Дифракция от одной щели.
- •Дифракция на одномерной дифракционной решётке
- •Угловая дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки
- •Угловая дисперсия равна:
- •Дифракция рентгеновских лучей на пространственной решетке
- •Поглощение света
- •Поляризация света. Естественный и поляризованный свет
- •Поляризация при отражении и преломлении
- •Двойное лучепpеломление. Поляpизационные пpизмы и поляpоиды. Явление дихpоизма
- •Вpащение плоскости поляpизации. Искуственная оптическая анизотpопия. Эффект Кеppа и его пpименение
- •1.Явления квантовой оптики
- •1.1. Тепловое излучение и его характеристики. Закон Кирхгофа
- •1.2.Законы излучения абсолютно черного тела. Законы Стефана-Больцмана и Вина
- •1.3.Формула Релея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. Квантовая гипотеза и формула Планка
- •1.4.Оптическая пирометрия
- •1.5.Квантовая природа света. Фотон и его характеристики.
- •1.6. Виды фотоэффекта. Внешний фотоэффект и его законы.
- •1.7. Эффект Комптона
- •1.8. Коpпускуляpно-волновой дуализм свойств света
- •1.9. Контрольные вопросы и задачи к разделу «Явления квантовой оптики»
- •2.Элементы квантовой механики
- •2.1. Гипотеза де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц
- •Опыты Девиссона и Джермера (1927г.)
- •Опыты Тартаковского и Томсона (1928 г.)
- •2.2. Соотношение неопределенностей
- •Волновая функция
- •Уравнение Шредингера
- •2.5.Задача квантовой механики о движении свободной частицы
- •Задача квантовой механики о частице в одномерной прямоугольной потенциальной яме
- •Понятие о туннельном эффекте
- •1. Автоэлектронная (холодная) эмиссия электронов
- •1.8. Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа
- •Здесь и совпадает с формулой радиуса первой боровской орбиты; численное значение этого параметра равно;a – множитель, который можно определить из условия нормировки волновой функции:
- •2.10. Спин электрона. Принцип Паули
- •2.11. Спектр атома водорода
- •2.12. Распpеделение электpонов в атоме по энеpгетическим состояниям. Пеpиодическая система элементов д.И.Менделеева
- •2.13. Рентгеновское излучение
- •2.14. Поглощение света, спонтанное и вынужденное излучения
- •2.15. Лазеры
- •1. Инверсия населенностей
- •2. 16. Способы создания инверсии населенностей
- •2.17. Положительная обратная связь. Резонатор
- •2.18. Принципиальная схема лазера
- •2.17. Линейный гаpмонический осциллятоp
- •3.6. Понятие о квантовой теории электропроводности металлов
- •3.7. Явление сверхпроводимости. Свойства сверхпроводников
- •Критические температуры перехода для некоторых сверхпроводников
- •4.Зонная теория твёрдых тел
- •4.1. Энергетические зоны электронов в кристалле
- •4.2. Металлы, полупроводники, диэлектрики в зонной теории твёрдых тел
- •4.3.Полупроводники. Собственная проводимость полупроводников
- •4.4. Примесная проводимость полупроводников
- •4.5. Равновесные концентрации носителей заряда в полупроводнике
- •4.6. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
- •Электронно-дырочный переход
- •Внутренний фотоэффект
- •Воздействие излучения на полупроводник. Фоторезистивный эффект
- •Устройство и характеристики фоторезисторов
- •Применение фоторезисторов
- •Фотоэффект в электронно-дырочном переходе. Фото-э.Д.С.
- •Применение вентильного фотоэффекта
- •Биполярный транзистор
- •Состав и характеристики атомного ядра
- •Характеристики атомного ядра
- •Ядерные силы
- •Понятие об обменном характере ядерных сил. Кванты ядерного поля
- •Радиоактивность
- •Ядерные реакции
- •Деление атомных ядер
- •Элементарные частицы
- •2 Кристаллические решетки твердых тел представляют собой периодические структуры и являются естественными трехмерными дифракционными решетками.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля
Дифракцией света называют совокупность явлений, обусловленных волновой природой света и наблюдающихся при распространении света в среде с резко выраженной оптической неоднородностью. Дифракция проявляется в отклонении распространения света от законов геометрической оптики, в частности, она приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени. Дифракция выражена очень сильно, если размеры неоднородностей по порядку величины сравнимы с длиной световой волны.
Различают дифракцию Френеля и дифракцию Фраунгофера.
Дифракция Фраунгофера – это дифракция плоских волн. В этом случае источник света, преграда и место наблюдения должны находиться на большом расстоянии; либо для получения параллельных лучей используют линзы.
Если это условие не выполняется (имеет место дифракция сферических волн), то речь идет о дифракции Френеля.
Явления дифракции могут быть объяснены с помощью принципа Гюйгенса-Френеля. Он включает в себя два утверждения.
Каждая точка волновой поверхности является источником вторичных волн (принцип Гюйгенса).
Френель дополнил этот принцип представлением об интерференции вторичных волн.
Вторичные источники когерентны и возбуждаемые ими волны могут интерферировать в любой точке пространства друг с другом.
Для определения результата дифракции в некоторой точке пространства Френелем был предложен качественный метод, называемый методом зон Френеля. Его сущность заключается в следующем.
Волновая поверхность разбивается на отдельные участки (зоны Френеля). Зоны Френеля расположены так, чтобы волны, посылаемые двумя соседними зонами в данную точку пространства, приходили в противофазе. Это означает, что оптическая разность хода вторичных волн, приходящих в точку наблюдения от двух соседних зон Френеля, равна , и возбуждаемые ими колебания будут взаимно ослаблять друг друга.
Рассмотрим метод зон Френеля на конкретном примере. Пусть от точечного источника Sраспространяется сферическая волна (рис.).
Для нахождения амплитуды световой волны в точке Р разобъём волновую поверхность на зоны Френеля. Расстояния от границ соседних зон до точки наблюденияРотличаются на, и для амплитуды результирующего колебания можно записать выражение:
А=А1 - А2 + А3 - А4 + А5 -........... Аk + ...... ()
Расчёт показывает, что радиусы зон Френеля определяются формулой:
, ()
а площади зон Френеля примерно одинаковы и равны:
. ()
Тогда можно считать, что амплитуды колебаний, возбуждаемых соседними зонами близки:
. ()
Выражение () можно записать в виде:
()
Выражения в скобках можно приравнять к нулю, тогда
. ()
Действие всей волновой поверхности эквивалентно половине действия центральной зоны Френеля.
Оценим размеры первой зоны Френеля; исходные данные:
,
a=b=1м.
Тогда и.
Следовательно, хотя свет от каждой точки волновой поверхности распространяется во все стороны, но вследствие интерференции идёт в точку Р внутри узкого канала (то есть можно считать, что он распространяется прямолинейно).