A fény mint elektromágneses hullám - a stadopedia
A J. Maxwell által kifejlesztett elektromágneses mező elméletéből következik: elektromágneses hullámok a fénysebességen - 300 000 km / s-n keresztül terjednek -, hogy ezek a hullámok keresztirányúak, valamint a hullámhullámok. Maxwell szerint a fény egy elektromágneses hullám. Később ez a jóslat kísérletileg megerősítést nyert.
Az elektromágneses hullámokhoz hasonlóan a fény terjedése ugyanazokat a törvényeket követi:
Az egyenes vonalú fény propagálásának törvénye. Átlátszó homogén közegben a fény egyenes vonalak mentén terjed. Ez a törvény lehetővé teszi, hogy elmagyarázzák, hogyan keletkeznek a nap- és holdfogyatkozások.
Amikor a fény a két médium közötti felületre esik, a fény egy része az első közegben tükröződik, és a rész átmegy a második közegbe, ha átlátszó, megváltoztatja a szaporítás irányát, vagyis megtörik.
Tegyük fel, hogy két, egymásra helyezett monokromatikus fényhullám egy bizonyos ponton ingadozik az azonos irányú térbeli rezgéseknél: x1 = A1 cos (# 61559, t + # 61546; 1) és x2 = A2 cos (# 61559; t + # 61546; 2) x esetén értsd meg az elektromos Ei vagy a mágneses hullámmező erősségét; az E és H vektorok egymásra merőleges síkokban oszcillálnak (lásd 162. Az elektromos és mágneses terek erősségei megfelelnek a szuperpozíció elvének (lásd 80. és 110. §). A amplitúdója a kapott oszcilláció a pont 2 = A l + A 2 2 2 + 2A1 A2 cos (# 61546; 2 - # 61546; 1) (144,2 cm.)). Mivel a hullámok koherensek, cos (# 61546, 2- # 61546; 1) konstans időben (de sajátja minden térbeli pontra), így a kapott hullám intenzitása (1
A térbeli pontokon, ahol cos (# 61546; 2 - # 61546; 1)> 0, az I> I1 + I2 intenzitás. ahol cos (# 61546; 2 - # 61546; 1) <О, интенсивность I Az inkoherens hullámok esetében a különbség (# 61546; 2 - # 61.546; 1) folyamatosan változtatjuk, így az idő átlagos értéke cos (# 61546; 2 - # 61546; 1) egyenlő nullával, és az intenzitása a keletkező hullám mindenhol azonos, és amikor I1 = I2 egyenlő 2I1 (koherens hullámok egy adott állapotban a maximumnál I = 4I1 az I = 0 minima esetén). Hogyan hozhat létre olyan feltételeket, amelyek a fényhullámok interferenciájának előfordulásához szükségesek? A koherens fényhullámok elérése érdekében egy eljárást alkalmaznak az egyik forrásból kibocsátott hullám két részre történő szétválasztására, amelyek különböző optikai utakon áthaladva egymásra helyezik egymást, és interferencia-mintázatot figyelnek meg. Legyen osztott két koherens hullámok fordulnak elő a egy bizonyos ponton O az M pont, amelyben az interferencia mintázat figyelhető meg, az egyik hullám közegben, amelynek a törésmutatója n2 ment s1, a második - egy olyan közegben, amelynek a törésmutatója n2 - path s2 .Ha a O az oszcillációk fázisa # 61.559; t, majd a M első hulláma gerjeszti oszcilláció A1 COS # 61.559; (t - s1 / V1), a második hullám - oszcilláció A2 COS # 61.559; (t - S2 / V2), ahol v1 = c / n1. v2 = c / n2 - vagyis az első és a második hullámfázis sebességét. A hullámok által ingerelt oszcillációk fázisbeli különbsége az M ponton (vegye figyelembe ezt # 61559; / c = 2 # 61552; v / c = 2 # 61552; # 61548; 0 ahol # 61548; 0 a vákuum hullámhossza). A fényhullám s geometriai hosszának termékeit egy adott közegben e közeg törésmutatójával n az L optikai útvonala, az # 61508; = L2 - L1 - a hullámok által áthaladó útvonalak optikai hosszának különbsége - az optikai ösvénykülönbségnek nevezik. Ha az optikai ösvénykülönbség egyenlő a hullámhosszak egész számával, vákuumban az # 61540; = ± 2 # 61552; m, és mindkét hullámnál az M ponton gerjesztett vibrációk ugyanabban a fázisban fordulnak elő. Következésképpen (172.2) az interferencia maximumának állapota. Ha az optikai útvonal különbség az # 61540; = ± (2m + 1) # 61552; és az M ponton gerjesztett oszcilláció mindkét hullámban antiphase-ben fordul elő. Következésképpen (172.3) az interferencia minimum feltétele. A LIGHT INTERFERENCIA ALKALMAZÁSA Az interferencia jelensége a fény hullámának köszönhető; mennyiségi szabályosságai a hullámhossztól függenek, ezért ezt a jelenséget használják a fény hullám jellegének és a hullámhosszok (interferencia spektroszkópia) mérésére. Az interferencia jelenségét az optikai eszközök (optikai tisztaság) minőségének javítására és a nagy fényvisszaverő bevonatok előállítására is használják. A fény átvitelét a lencse egyes refrakciós felületén, például egy üveg-levegő felületen, visszaverődés kísér # 61627, az incidens fluxusának 4% -a (az üveg törésmutatójával) # 61627; 1.5). Mivel a modern lencsék nagyszámú lencsét tartalmaznak, a tükröződések száma nagy, ezért a fényáramlás is jelentős. Így az átvitt fényintenzitás gyengül, és az optikai eszköz optikai intenzitása csökken. Ezenkívül a lencsék felületétől való visszaverődés a káprázás megjelenéséhez vezet, amely gyakran (például katonai felszerelés esetén) kitörli a készülék helyzetét. Ezeknek a hátrányoknak a kiküszöbölése érdekében úgynevezett optikai tisztításra kerül sor. Ehhez a lencse anyagának alacsonyabb törésmutatójú vékony filmeket alkalmaznak a lencsék szabad felületére. Ha a fény a levegő-film felületen és a film-üveg felületen visszaverődik, az 1 koherens gerendák interferenciája 1 61602; és 2 '(253. ábra). A film d vastagságát és az üveg nc törésmutatóit és az n filmet úgy lehet megválasztani, hogy a film mindkét felületéből visszaverődő hullámok egymást lehessenek. Ehhez amplitúdóiknak egyenlőeknek kell lenniük, és az optikai ösvénykülönbség - (lásd (172.3)). A számítás azt mutatja, hogy a tükrözött sugarak amplitúdója egyenlő, ha Mivel nc. és a levegő n0 törésmutatója megfelel az nc> n> n0 feltételeknek. akkor mindkét felületen a félhullám elvész; következésképpen a minimális feltétel (feltételezzük, hogy a fény normálisan leesik, i = 0) ahol nd a film optikai vastagsága. Általában m = 0, majd Így, ha a feltétel (175.1) teljesül, és a film optikai vastagsága # 61548; 0/4, akkor az interferencia következtében a tükrözött sugarak tükröződése megfigyelhető. Mivel nem lehetséges az összes hullámhosszon egyidejű lefutást elérni, ez általában a szem számára legérzékenyebb hullámhosszon történik # 61548; 0 # 61627; 0,55 μm. Ezért a megvilágított optikával ellátott lencsék kékeszöld színűek. A nagyon fényvisszaverő bevonatok létrehozása csak a többsugaras interferencia alapján lehetséges. A kettős sugarú interferenciától eltérően, amelyet eddig mérlegeltünk, többszörös interferencia lép fel, ha nagyszámú koherens fénysugarat alkalmazunk. Az interferencia-minta intenzitás-eloszlása jelentősen eltér; az interferencia maxima sokkal keskenyebb és világosabb, mint amikor két koherens fénysugár egymásra helyezkedik. Ezért az így keletkező fény amplitúdója rezgések azonos amplitúdójú maximuma intenzitásának, ahol a kívül zajlik ugyanabban a fázisban Nraz több, és az intenzitás a N 2-szer nagyobb, mint egy egyetlen fény (N- száma zavaró gerendák). Megjegyezzük, hogy az eredmény amplitúdójának megtalálásához célszerű a grafikus módszert használni, forgó amplitúdóvektor módszerrel (lásd 140. §). A diffrakciós rácsban több útvonal-interferencia lép fel (lásd 180. §). A többszörös interferencia megvalósítható egy többrétegű rendszerben váltakozó fóliákkal, amelyek különböző törésmutatókkal rendelkeznek (de ugyanolyan optikai vastagsággal, mint a # 61548; 0/4) a fényvisszaverő felületre (254. Ábra). Belátható, hogy a határoló szakasz filmek (ZnS két réteg nagy törésmutatójú n1 kriolit film egy kisebb törésmutatójú n2), nagyszámú visszavert zavaró gerendák, amely, amikor az optikai rétegvastagság # 61548; 0/4 egymást kölcsönösen megerősítik, azaz a reflexiós együttható növekszik. Az ilyen erősen tükröződő rendszer jellemző jellemzője, hogy nagyon keskeny spektrális tartományban működik, és minél nagyobb a reflexiós tényező, annál szűkebb ez a régió. Például egy hét fóliás rendszer 0,5 μm-es tartományban tükröződési együtthatót ad # 61554; # 61627; 96% (átviteli tényezővel # 61627; 3,5% és abszorpciós együttható <0,5%). Подобные отражатели применяются в лазерной технике, а также используются для создания интерференционных светофильтров (узкополосных оптических фильтров).
A forrásból származó monokróm fény a 45 ° -os szögben a P1 síkpárhuzamos lemezre esik. oldallemezek, távol S, szélesztjük, és áttetsző, elválasztja a gerenda két részre: az egyik nyaláb (visszavert ezüstözött réteg) a 2. és a nyaláb (áthalad vétó). Az 1 fémtartó tükrözi tükrök M1 és, visszatérő vissza átmegy a lemezen P1 (gerenda l „). A 2 gerenda megy a tükör M2. visszaverődő, ez visszatér, és tükrözi az a lemez P1 (2 gerenda # 61602;). Mivel az első fény áthalad a lemezen P1 kétszer, majd kompenzáció keletkező útvonal különbség az utat a második sugár helyezzük lemezre P2 (pontosan ugyanaz, mint P1, csak ezüst réteggel nem fedett).
Interferométerek - nagyon érzékeny optikai eszközök észlelését kisebb változtatásokat a törésmutatója átlátszó szervek (gázok, folyadékok és szilárd anyagok) függően nyomás, hőmérséklet, szennyeződések, stb ilyen interferométerek nevezzük interferencia refraktométer ... A zavaró gerendák útján két azonos hosszúságú l hosszúságú sejt van. amelyek közül az egyiket például egy ismert (n0) és egy ismeretlen (nz) törésmutatójú gázzal töltjük meg. A további optikai útvonalkülönbség a zavaró gerendák között # 61508; = (nz - n0) l. Az útváltozás megváltozása az interferencia határvonalainak eltolódásához vezet. Ezt a változást a mennyiség jellemezheti
ahol m0 jelzi, hogy az interferencia perem szélességének melyik része megváltozott. Az m0 értékének az ismert l értékének mérése. m0 és # 61548;, kiszámíthatod az nz-t. vagy az nz - n0 változása. Például, ha az interferencia mintát a sáv 1/5-ével l = 10 cm-re és # 61548; = 0,5 μm (nz-n0) = 10 -6. azaz Az interferencia refraktométerek lehetővé teszik a törésmutató változásának nagy pontosságú mérését (legfeljebb 1/1 000 000).