71. Світлові хвилі. Монохроматичність.Оптична різниця ходу. Когерентність хвиль.
1. Світло - це електромагнітні кванти, які сприймає око людини.Електромагнітний квант, з певним наближенням, можна уявляти собі як уривки хвиль, довжина яких лежить в межах 1-3 метра.
2. Колірсвітлазалежить від частоти
електромагнітної хвилі світлового
кванта, але прийнято колір світла
встановлювати за довжиною електромагнітної
хвилі у вакуумі (рис 5.1).
*Діапазон хвиль від 390 до 770 нм називають видимим. (1нм = 10-9м)
3. Інтенсивністьсвітла(яскравість) залежить від кількості світлових квантів у світловому пучку. (Більше квантів - яскравіше світло)
4. Світло, всі кванти якого мають однакову довжину електромагнітної хвилі, називають монохроматичним (світло одного кольору). (Рис. 5.2)
*Біле світло не монохроматичне - це набір квантів з усіма довжинами електромагнітних хвиль видимого діапазону (Рис. 5.3).
*Чорний колір – це відсутність електромагнітних квантів.
Когерентність хвиль
Визначення. Когерентністю називають узгоджений у часі і в просторі перебіг кількох коливальних або хвильових процесів.
Тобто світло, всі кванти якого мають однакову довжину електромагнітної хвилі і постійну різницю фаз, називають когерентним.
Довжина когерентності lког
1. Відомо, що світло випромінюється атомами у вигляді квантів. Звідки слідує, що когерентність світла обмежена в часі і час когерентності не може перевищувати часу випромінювання атом атома, тобто tког < tвипр=10-8с. Якщо хвиля поширюється в однорідному середовищі, то за час когерентності хвиля поширюється у вакуумі на відстаньlкогяку називають довжиною когерентності або довжиноюцуга (рис 5.4).
2.
Визначення. Довжиною когерентності
називають відстань, при проходженні
якої дві або кілька хвиль втрачають
когерентність.
3. Це скалярна величина.
4. lког=с·tког,
5. [lког]= м.
Залежність часу когерентності від монохроматичності
Чим ближче хвиля до монохроматичної, тим менше ширина спектра її частот Δωі, більший її час когерентностіtког, а отже, і довжина когерентностіlког.
Наприклад:
для видимого сонячного світла (спектр частот 4·1014<Δω<8·1014Гц)tког≈10-14с,
для теплових джерел (ширина спектральної лінії Δω≈ 108Гц)tког≈ 10-8с,
для лазерів (ширина спектральної лінії Δω≈ 102Гц)tког≈10-8с.
Тимчасова і просторова когерентність
Розрізняють два види когерентності: 1) тимчасову або поздовжню і 2) просторову або поперечну.
Тимчасова когерентністьпов'язана з порушенням гармонійності хвиль у часі, наприклад, з кінцівкою довжини цуга хвиль, що випускаються окремими атомами.
Просторова когерентністьпов'язана з фазовими зрушеннями при додаванні вторинних хвиль, випущених з різних точок плоскої хвилі.
Джерела когерентного світла
На даний час використовують такі джерела когерентного світла:
Уявні джерела - отримані шляхом відбивання світла.Цей спосіб ґрунтується на розділенні світлового пучка отриманого від одного джерела світла при його відбиванні від двох різних поверхонь розподілу середовищ. Це бідзеркала і поверхні тонкої плівки прозорої речовини, наприклад мильної бульбашки або плівки нафтопродуктів на поверхні води.
Уявні джерела, отримані шляхом заломлення світла.Цей спосіб ґрунтується на розділенні світлового пучка, отриманого від одного джерела світла при його заломленні на межі розподілу двох середовищ Для цього використовують так звані біпризми – дві вузькі призми складені малими основами.
Дійсні джерела– це кілька однакових квантових генераторів (лазерів ).
Оптична різниця ходу
Нехай існує два когерентні джерела світла (рис. 5.5). Геометрична різниця ходу двох променів від цих джерел буде рівною Dlг=l2 - l1.
Якщо
ж світло поширюється не у вакуумі, а у
прозорому середовищі (наприклад у склі)
то слід враховувати, що при проходженні
світла крізь прозоре середовище
змінюється довжина світлової хвилі
(Рис. 5.6.).
Щоб врахувати цю зміну, вводять Dl – оптичну різницю ходу. Оптичну різницю ходу знаходять за формулою: Dl= Dlг·n
Визначення. Оптичною різницею хода хвилі Dl називається добуток геометричної різниці ходу хвилі Dlг на показник заломлення середовища n.