- •1. Характеристика оптического диапазона электромагнитных волн. Особенности видимого диапазона
- •3. Т.К. K, w, m0, e0 – вещественные величины, то это значит, что e и b в плоской эмв колеблются в одинаковой фазе.
- •Складывая почленно (2.55) и (2.56) и обозначив
- •7. Волна с круговой или эллиптической поляризацией как суперпозиция волн с линейными поляризациями и линейно поляризованная волна как суперпозиция волн с круговой поляризацией.
- •8. Понятие дисперсии света. Классическая электронная дисперсия.
- •9 Нормальная и аномальная дисперсия.
- •10. Модулированные волны и волновые пакеты. Распространение волновых пакетов в диспергирующей среде. Групповая и фазовая скорость. Формула Рэлея.
- •11 Отражение и преломление света на границе двух диэлектриков.
- •13.Энергетические и фазовые соотношения при преломлении света на границе раздела двух сред. Явление Брюстера.
- •14.Полное внутреннее отражения. Примеры его проявления и использования.
- •15. Распространение света в проводящих средах. Комплексный показатель преломления. Отражение света от поверхности проводника. Глубина проникновения. Закон Бугера.
- •16. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики.
- •17.Центрированные оптические системы. Параксиальное приближение. Кардинальные элементы оптической системы.
- •18. Линза, её основные элементы. Тонкие и толстые линзы. Фокусное расстояние линзы. Построение изображения в оптических системах.
- •19. Оптические приборы.
- •24 Многолучевая интерференция.
- •28 Дифракционная решетка.
- •29. Критерий рэлея. Дисперсионная область и разрешающая спрособность дифракционной решётки.
- •30. Принципы голографической записи изображений. Схемы записи и воспроизведения голограмм.
- •31. Анизотропные среды. Тензор диэлектрической проницаемости. Распространение плоской электромагнитной волны в анизотропной среде. Эллипсоид лучевых скоростей.
- •32. Оптическая ось. Двуосные и одноосные кристаллы. Двойное лучепреломление. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Поляризация при двойном лучепреломлении.
- •33. Поляроиды. Поляризационные и двоякопреломляющие призмы.
Складывая почленно (2.55) и (2.56) и обозначив
(2.57) получаем:
(2.58)
Две плоские монохром. бегущие ЭМВ с одинаковой частотой, распростр. в одном и том же напр., в результате сложения дают плоскую монохроматическую ЭМВ той же частоты, распр. в том же направлении.
Биения. Рассмотрим случай, когда w1 ¹ w2 , E1 || E2 :
(2.59)
В соответствии с принципом суперпозиции имеем:(2.60)
Мы получили незатухающую бегущую в сторону +Z немонохроматическую волну. Т.к. в оптическом диапазоне обычно | w1 – w2 | << w1 + w2 , то сомножитель в (2.60) является медленно меняющейся амплитудой ЭМВ с частотой (w1 + w2) / 2 (см. рис.2.3). Гармонические колебания с медленно изменяющейся амплитудой называются биениями. Понятие «медленно изменяющаяся амплитуда» определяется относительно основного гармонического колебания: амплитуда мало меняется в течение многих периодов основного гармонического колебания. Частота W = |w1 – w2| называется частотой биений. Стоячие волны. Рассм. суперпозицию двух монохроматических волн с w1 = w2 = w , E10 = E20 = E0 , E1 || E2 и распространяющихся навстречу друг другу:
(2.61)
где d – разность фаз. Тогда
(2.62)
Сомножитель с точностью до знака можно рассматривать как амплитуду колебаний напряженности поля в заданной точкеz . Она изменяется от точки к точке по гармоническому закону. Напряженность во всех точках изменяется с одинаковой частотой в одной фазе. Такая волна называется стоячей. В точках оси Z, где полеE = 0 (такие точки называются узлами). В точках оси Z, где полеE – максимально (такие точки называются пучностями). Расстояние между узлами (или пучностями) равняется половине длины бегущей волны – l/2. Кроме того, колебания напряженности во всех точках стоячей волны в некоторый момент времени находятся в одной и той же фазе (например, E = 0 во всех z при ), тогда как колебания напряженности электрического поля в различных точках бегущей волны не совпадают по фазе.
Магнитная индукция в данном случае получается из суперпозиции магнитных индукций волн:
(2.63)
Суммарное поле отыщется в виде: (2.64)
Видно, что вектор B также образует стоячую волну, узлы которой совпадают с пучностями стоячей волны E (рис.2.4). По времени колебаний электрического и магнитного полей стоячей ЭМВ отличаются по фазе на четверть периода колебаний. Это означает, что если E достигает максимума, то B = 0, если же E растет, то B уменьшается.
Преобразование энергии в стоячей волне. Т.к. , то поток энергии отсутствует в точках, гдеE = 0 или B = 0 (H = 0). Поток энергии через узлы и пучности в такой волне отсутствует. Поэтому с течением времени энергия движется между соседними узлами и пучностями, превращаясь из энергии магнитного поля в энергию электрического поля и наоборот, а пользуясь формулой для объемной плотности энергии электромагнитного поля
(2.65)
можно сказать, что энергия стоячей волны, заключенная между соседними узлами и пучностями, остается постоянной с течением времени.
6 Поляризация электромагнитных волн. Поляризация света – это физическая характеристика оптического излучения, описывающая поперечную анизотропию световых волн, т.е. неэквивалентность различных направлений в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волн.
Световые волны, у которых направления колебаний векторов электрического и магнитного полей сохраняются неизменными в пространстве или изменяются по определенному закону называются поляризованными.
Если вектор световой волны колеблются лишь в одной неизменной в пространстве плоскости, то такая волна называется линейно или плоско поляризованной. При линейной поляризации плоскость содержащая волновой вектор и называется плоскость поляризации волны.
Если колебания вектора совершаются так, что конец описывает окружность в плоскости, перпендикулярно направленно распространенной волны , то такая волна называется поляризованной по кругу если эллипс, то эллиптически поляризованной.
Световая волна в которой различные направления вектора в поперечной к направлению распространения волны плоскости равновероятны, называется естественной ( естественно поляризованной или неполяризованной).
Закон Малюса I()=Iocos2
Виды поляризации:
Электронная поляризация - смещение электронного облака относительно центра ядра атома или иона в результате чего возникает электрический момент, исчезающий после окончания действия электрического поля. Наблюдается во всех без исключения диэлектриках. Единственным видом поляризации она является в неполярных диэлектриках.
Ионная поляризация - наблюдается в веществах с ионной химической связью и проявляется в смещении друг относительно друга разноименно заряженных ионов. Как указывалось, время электронной поляризации весьма мало - на 2 - 3 порядка больше ионной поляризации.
Релаксационные (замедленные) виды поляризации - проявляются в газах, жидкостях и твердых диэлектриках в том случае, если они состоят из полярных молекул, диполей или молекул, имеющих отдельные радикалы или части (сегменты), обладающие собственными электрическими моментами:
Ионно – релаксационная поляризация - наблюдается в диэлектриках с ионным типом химических связей, например в неорганических стеклах, имеющих неплотную упаковку ионов, электротехническом фарфоре и других.
Миграционная поляризация наблюдается в неоднородных диэлектриках, имеющих проводящие и полупроводящие включения, слои с различной проводимостью и т.п.
Электронно-релаксационная поляризация характерна для твердых диэлектриков, содержащих дефекты или примесные ионы, способные захватывать электроны.
Спонтанная поляризация
Число независимых поляризаций. Электромагнитная волна с любой поляризацией может быть представлена в идее суперпозиции двух линейно поляризованных волн, плоскости колебаний электрического вектора которых взаимно перпендикулярны.
Рассмотрим такую суперпозицию с одинаковыми частотами w, амплитудами электрических полей и распространяющихся в одном направлении ( вдоль оси z декартовой системы координат) со сдвигом фаз . Пусть вектор колеблется в плоскости xz, а вектор в плоскости yz
E1y=E1z=0 E2x=E2z=0
- состояние поляризации суммарного поля в общем виде