Волновая оптика Развитие взглядов на природу света
В 1621 году голландский
физик Виллеборд Снеллиус (1580 – 1626)
работая в Лейденском университете,
установил закон преломления света.
Математическую запись в виде
(для
каждой пары сред) дал французский
философ, физик и математик Рене Декарт
(1596 – 1650). Он же пытался объяснить этот
закон с позиций корпускулярной природы
света (корпускула – частица).
Исаак Ньютон (1643 – 1727) также придерживался корпускулярной природы света. Но уже во времена Ньютона возникла и развивалась волновая теория света. Теория Гука-Гюйгенса. Роберт Гук (1635 – 1703) английский физик. Христиан Гюйгенс (1629 – 1695) голландский физик, механик, математик. Из волновой природы света родился принцип Ферма – лучи света распространяются так, чтобы пройти путь за кратчайшее время. Пьер Ферма (1601 – 1665) французский математик и физик. В 1801 году английский физик Томас Юнг (1788 – 1827) установил принцип интерференции, высказал идею поперечности световых волн и, что световые и тепловые лучи отличаются только длиной волны.
В 1818 году французский физик Огюстен Жан Френель (1788 -1827), кстати, по образованию инженер по ремонту и строительству дорог, открыл поляризацию света. За объяснение дифракции света получил премию Парижской академии наук.
В 1846 году английский физик Майкл Фарадей (1791 – 1867) открыл явление вращения плоскости поляризации света магнитным полем. Т.е. установил связь оптических и магнитных (электрических) явлений.
В 1865 году английский физик Джеймс Кларк Максвелл (1831 – 1879) доказал электромагнитную природу света.
Но начался двадцатый век, и все споры начались сначала. В 1905 году немецкий физик Альберт Эйншейн (1879 – 1955) объяснил фотоэффект с позиций корпускулярной природы света. В 1922 году американский физик Артур Комптон (1892 – 1962) окончательно доказал, электромагнитные волны рентгеновского (коротковолнового) излучения одновременно являются и корпускулами (фотоны) и волнами.
Итак, свет имеет двойственную природу. Это называется корпускулярно-волновой дуализм.
В этом семестре мы будем рассматривать только волновые свойства света.
Рассмотрим вначале оптические диапазоны длин волн.
Оптический диапазон длин волн обычно подразделяют на:
- ультрафиолетовое
излучение -
=0,01
0,40 мкм;
- видимое излучение (свет) - =0,40 0,76 мкм;
- инфракрасное излучение - =0,76 мкм несколько мкм;
Длины волн указаны для вакуума.
В электромагнитной
волне колеблются векторы
и
.
Из опытов известно, что многие действия
света вызываются колебаниями электрического
вектора.
Поэтому в дальнейшем мы будем говорить
о световом векторе, подразумевая под
ним вектор напряженности электрического
поля. Соответственно, уравнение световой
волны будет выглядеть так:
,
– модуль амплитуды
светового вектора;
– расстояние,
отсчитываемое вдоль направления
распространения световой волны.
Для плоской волны,
распространяющейся в не поглощающей
среде,
,
для сферической волны
убывает как
.