6.3 Электрмагниттік толқынның сәуле шығаруы

Қоршаған ортада қайсыбір жүйенің электрмагниттік толқын тудыру процессі толқындардың сәуле шығаруы деп аталады, ал аталған жүйе сәуле шығаратын жүйе деп аталады.

Сәуле шығаратын қарапайым жүйе электрлік диполь болып табылады; оның моменті уақыт бойынша өзгереді

. (6.10)

Біртекті изотропты ортада толқынның дипольдан қашықтықта орналасқан нүктелерге жету уақыты бірдей, тербеліс фазасы да бірдей. Толқын амплитудасы дипольдан алыстаған сайын кемиді

,

мұндағы - дипольдің осі мен нүктенің радиус векторыарасындағы бұрыш (6.3 суретті қара).

6.3 сурет 6.4 сурет

Суреттен көрініп тұрғандай, векторы толқындық беттің әр нүктесінде меридианға жанама бойымен бағытталған, алвекторы параллельге жанама бойымен бағытталған,Пойнтинг векторыменвекторларына перпендикуляр бағытталған. Толқынның интенсивтілігі

. (6.11)

Бұл тәуелділікті дипольдың сәуле шығару диаграммасынан көреміз (6.4-суретке қараңыз). (6.11) теңдеу мен келтірілген диаграммадан байқайтынымыз, диполь экваторлық жазықтықта максималды сәуле шығарады, алось бойында сәуле шығармайды. Сәуле шығару қуаты тербеліс жиілігіне тәуелді,-не тура пропорционал.

Жекелеген оптикалық есептерді шешу кезінде атомды сәуле шығаратын диполь деп қарастырады, мұнда электрон ядроның айналасында тербеліс жасайды деп есептелінеді.

7 Дәріс. Толқындық оптика

Дәрістің мақсаты:

- интерференция құбылысын оқып үйрену;

- дифракция құбылысымен танысу.

7.1 Жарық толқыны

Электрмагниттік толқынның вакуумдегі жылдамдығы

.

Бұл жарық жылдамдығымен дәл келеді. Осыны негізге ала отырып, жарық электрмагниттік толқын деген қорытынды жасаймыз. Электрмагниттік толқынның барлық қасиеттері жарыққа да сәйкес келеді.

(7.1)

n шамасы сыну көрсеткіші деп аталады. Ортадағы электрмагниттік толқын жылдамдығы

. (7.2)

Мөлдір заттар үшін , сондықтан

. (7.3)

Жарықтың ортадағы толқын ұзындығы

,

мұндағы - вакуумдегі толқын ұзындығы.

Жарықтың I интенсивтілігі Пойтинг векторымен анықталады, сондықтан

, (7.4)

яғни жарықтың I интенсивтілігі ортаның сыну көрсеткішіне және жарық толқыны амплитудасының квадратына тура пропорционал.

Жарықты сипаттау үшін электр өрісінің кернеулік векторы қолданылады, себебі жарық физиологиялық, химиялық, фотохимиялық әсері электр өрісінің кернеулік векторының тербелісінен туындайды.

7.2 Жарықтың интерференциясы. Когеренттілік

Жарықтың интерференциясы дегеніміз – жарық толқындары қабаттасқанда кеңістіктің белгілі бір нүктесінде толқындардың күшеюі және келесі бір нүктелерінде толқындардың әлсіреу құбылысы.

Интерференция құбылысын бақылау үшін қажетті шарт – толқындардың когерентті болуы.

Когеренттілік дегеніміз – бірнеше тербелмелі немесе толқындық процесстердің кеңістік пен уақыт бойынша үйлесімді өтуі.

Бұл шартты монохроматты толқын қанағаттандырады.Монохроматты тодқындар белгілі бірдей жиіліктегі амплитудасы тұрақты толқындар. Реалды жарық көзінен монохроматты жарық алу мүмкін емес, себебі жеке атомдардың сәуле шығаруы бір-біріне тәуелсіз және олардың фазаларының айырымы кездейсоқ шама.

Кеңістіктің берілген нүктесінде екі тербелістің фазалар айырымы уақыт өтуімен өзгермесе, уақыт бойынша когеренттілік деп аталады. Бастапқы фаза кездейсоқ өзгерістер әсерінен бастапқы мәнінен шамасына өзгеше мән қабылдайтын уақыт когеренттілік уақыты деп аталады.

Екі тербелістің фазалар айырымы толқын бетінің әртүрлі нүктесінде тұрақты болатын үйлесімділік кеңістік бойынша когеренттілік деп аталады. Фазалар айырымының мәні шамасына жететін арақашықтық когеренттілік ұзындығы деп аталады.

Сонымен толқындардың интерференциясының байқалу шарты төмендегідей:

1) жиіліктері бірдей;

2) фаза айырымы уақыт бойынша тұрақты.

Реалды жарық көзінен когерентті толқындарды алудың бір ғана жолы бар. Ол үшін бір жарық толқынын оптикалық жүйе арқылы екі бөлікке бөлеміз, сонда олардың оптикалық жолы әртүрлі болады; осыдан кейін екеуін қайтадан қосамыз.

Жарық толқындары қабаттасқанда суперпозиция принципі орындалады, яғни кеңістіктің әрбір нүктесіндегі қорытқы кернеулік . Егерменвекторлары бір бағытта тербелсе, векторлық диаграмма (4.2 суретті қара) әдісін қолданып, екі векторды қосамыз. (4.3) пен (7.4) өрнектерді ескерсек, қорытқы толқынның интенсивтілігі

. (7.5)

Кеңістіктің болатын нүктелерінде, интенсивтілік, алболатын нүктелерінде, интенсивтілік.

Интерференциялық көріністі бақылау нүктесінде тербелістің фазалар айырымы

,

мұндағы - екі когерентті толқынның жарық көзінен интерференциялық көріністі бақылау нүктесіне дейінгі жүретін жолы;

мен - сыну көрсеткіштеріменболатын орталардағы толқындардың фазалық жылдамдығы;

- вакуумдегі толқын ұзындығы.

Жарық толқыны жолының геометриялық ұзындығының ортаның сыну көрсеткішіне көбейтіндісі жолдың оптикалықұзындығы деп аталады, алоптикалық жолдар айырмасы деп аталады.

Фазалар айырымы мен оптикалық жолдар айырмасы өзара байланысты

. (7.6)

(7.5) өрнектен қорытқы тербеліс интенсивтіліктерінің максимум және минимум шарттары шығады:

егер , мұндағы

және

егер , мұндағы

және .

Жарық толқындары қабаттасқанда, оптикалық жолдар айырмасы жарты толқын ұзындығының жұп сандарына тең болатын нүктелерде олар бірін-бірі күшейтеді; ал тақ сандарына тең болатын нүктелерде әлсіретеді.