Оптикалық толқындар туралы мәлімет

Жарық электромагниттік толқындар
Оптика – бұл ілім, физикалық құбылыстар туралы, таратуға байланысты қысқа электромагниттік толқындар ұзындығы шамамен 10-5 – 10-7 м. Мәні дәл осы саладағы электромагниттік толқындар спектрінің ғұрыптардың, яғни ішінде оған тар аралықтағы толқын ұзындықтары 0,4-ден 0,76 мкм жатыр учаскесі көрінетін жарықтың тікелей жүргізушілерімен қабылданған адами көзбен. Тұрғысынан физика болып жатқан процестерді бөлу соншалықты тар облысы көрінетін жарық жоқ ерекше мағынасы, сондықтан түсінігі,оптикалық диапазон» қамтиды, әдетте, және инфрақызыл және ультракүлгін сәуле шығару. Бірақ, олар үшін қабылданған шекаралары спектрін жеткілікті көрсеткіштер тек шартты ғана. Мәні бойынша, бұл шекара анықталады пайдаланылатын әдістермен алу және тіркеу электромагниттік толқындар.

Сәуле электромагниттік толқындар жүреді, жеделдетілген қозғалыстағы электр зарядтары. Электромагниттік толқындар радиодиапазона излучаются антенналары радиопередатчиков кезінде мәжбүрлі ауытқуы электрондардың антенналарда. Барлық электрондары да антеннаға жасайды тербелістер бірдей фазада. Бұл тербелістер ұсталуы мүмкін өте ұзақ және жоғары тұрақтылығын жиілік, онда излучаемые бұл еңбек үлкен дәрежесімен есептеуге болады монохроматическими.

Оптикасында барлығы басқаша. Кез келген жарық көзі – бұл жиналуы көптеген қозғалған немесе үздіксіз возбуждаемых атомдар. Генератор жарық толқыны – бұл әрбір жеке атом заттар. Толқыған атом шығаратын цуг дерлік монохроматических толқындар ақырғы ұзындығы. Ерекшелігі әрбір қарапайым көзі болып табылады, оның дербестігін, тәуелсіздігін басқа атомдар. Сондықтан, тіпті, егер жекелеген цуги сипаттауға болады, белгілі бір толқын ұзындығы λ, қатынасы, фазалар арасындағы цугами толқындардың излученных түрлі атомдарымен бар, мүлдем кездейсоқ сипаты және үздіксіз өзгереді. Тек лазере, онда пайдаланылады мәжбүрлі сәуле шығару анықталса, заставить барлық қозғалған атомдар таратуы электромагниттік толқындар келісілді конденсаторы, бұл антеннаға радио хабарлаушының. Нәтижесінде құрылады жарық толқыны, жақын өздерінің қасиеттері бойынша мінсіз монохроматической, – когерентті электромагниттік толқын. Сәуле кәдімгі жарық көздері, мысалы, қыздырылған қатты немесе сұйық дене қозғалған электрлік разрядпен газдар және т. б. білдіреді және оларға орасан көп емес келісілген өзара цугов толқын, т. е. іс жүзінде,жарық, шу» – ретсіз, некогерентные тербелістер электромагниттік өріс.

Байқауға интерференцию жарықтың осындай некогерентных көздерін болады, тек пайдалана отырып, арнайы тәсілдері – бөлісе отырып, бастапқы байламы. Дегенмен әрбір осы пучков және бастапқы, фазалық ара-арасында әр түрлі цугами үздіксіз хаотически өзгереді, бұл өзгерістер болады бірдей екі пучков. Егер бұл түйіндер қайтадан келтіруге бірге, онда байқауға болады тұрақты интерференционную көрінісін жағдайда жол айырмасы арасындағы пучками аспайтын ұзындықтағы жеке цуга. Егер жол айырмасы асса ұзындығының цуга, онда тұрақты интерференционной картиналар жоқ, өйткені бұл жағдайда жүреді наложение цугов, излученных түрлі атомдарынан.

Интерференция
Құбылыс жарықтың интерференциясын алғаш рет түсіндіруге негізінде толқындық көріністер Юнг 1802 жылы. Қазақстанда жүргізілген атындағы тәжірибесі аз тесік Ал непрозрачном экранда баяндалды қарқынды жарық көзі.

Принцип Гюйгенса: әрбір нүкте-ға дейін жетеді толқын болып қызмет етеді орталығының екінші реттік толқындар, ал тастайтын қалдықтардың осы толқындардың ереже береді толқындық майдан келесі уақытта. Негізінде принцип Гюйгенса бұл тесік деп санауға болады жаңа нүктелік көзі полусферических толқындар. Бұл толқын құлайтын екі шағын тесік S1 және S2 келесі экранда, олар өз кезегінде айналып, жаңа нүктелі көздері толқындар.

Осындай тәсілмен тәжірибесі Юнг қол жеткізіледі бөлу-бастапқы толқын. Бұл толқын салады, бір-біріне саласындағы үшін тесіктері бар және мүмкін интерферировать, өйткені көздері S1 және S2 когерентны. Экранда құрылады интерференционная көрінісі.

Бөлу, толқын бастапқы некогерентного көзінен екі когерентті толқындар, т. е. алу екі қайталама когерентных көздерден жүзеге асырылуы мүмкін әр түрлі тәсілдермен. Бірақ есептеу интерференционной картиналар барлық осындай жағдайларда жүргізіледі бірдей, сондықтан схемада Юнг. Егер сәулелену бастапқы көзден барлық тәуелсіз цуги толқындар сипатталады, белгілі бір толқын ұзындығы λ болса, онда қайталама сәулелену көздері S1 және S2 пайдалануға болады монохроматическую идеализацию, қарамастан, олардың сәуле, сондай-ақ білдіреді, сол хаотическую реттілігі, жекелеген цугов. Мұндай реттілік цугов шексіз синусоидальды толқынымен мүмкін бұл жерде, өйткені нүктелі екіншілік көздері когерентны, ал жол айырмасы излучаемых олар толқындардың кез келген нүктесінде экран аз ұзындығы жеке цуга. Бұл үшін әрине, экран, жойылуы тиіс көздерінен S1 және S2 едәуір қашықтыққа L қашықтық d арасындағы көздері S1 және S2 жеткілікті болуы тиіс аз.

Схемасы есептеу интерференционной суреттер:

Нүктесінде Туралы, дейін қашықтық оның көздерінен S1 және S2 бірдей қарастыратын толқындар бірін-бірі күшейтеді, өйткені тербелістер өрістің сол нүктесінде орын бірдей фазада. Нәтиже қосу тербеліс еркін нүктесінде Р анықталады разностью барысын l толқындардың келетін » Р S1 және S2. Егер l-ге тең бүтін бір қатарына толқын ұзындықтары λ болса, онда тербелістер Р бірін-бірі күшейтеді; егер l-ге тең нечетному саны полуволн, онда тербелістер өзара әлсіреуі.

Выразим жол айырмасы l толқындардың есептеудің нүктесі Р арқылы бұрышы θ арасындағы осі және бағыт нүктесіне Р және қашықтық d арасындағы көздері.

Біз деп санауға d<<L кезде шағын θ жол айырмасы табуға болады, опуская бірі S1 перпендикуляр тікелей Ѕ2Р: l=dθ.

Бұл формула анықтауға мүмкіндік береді бұрыштық ереже максимумдар және минимумдар экранда В. бағыт максимум қамтамасыз аламыз, актілерінде бұл l=nλ: θmax=nλ/d, n=0, ±1, ±2,…

Актілерінде, l=(2n+1)λ/2, аламыз жіберу минимумдар: θmin=(n+1/2)λ/d, n=0, ±1, ±2,…

Бұрыштық қашықтық Δθ арасындағы көршілес максимумами немесе минимумами, көрсетілгендей, бұл формулаларды тең λ/d, қашықтық h олардың арасындағы экранда, көрініп-сур., тең h=LΔθ=λL/d

Дифракциясы
Тән ерекшелігі дифракционных құбылыстардың оптика көрсетіледі, ол мұнда, әдетте, толқын ұзындығы жарық әрдайым дерлік көп аз мөлшерін кедергілерді жолында жарық толқындарының. Сондықтан байқауға дифракцию жарық болады тек жеткілікті үлкен қашықтықтарда жылғы кедергілер. Көрінісі дифракция мынада бөлу жарықтың айырмашылығы қарапайым суреттер, предсказываемой геометриялық оптикой негізінде түзу сызықты таралу жарық.

Қатаң есеп дифракциялық бейнесін білдіреді өте күрделі орталығын құруды тапсырды. Бірақ кейбір іс жүзінде маңызды жағдайларда, жеткілікті жақсы жақындай береді оңайлатылған пайдалануға негізделген тәсіл принцип Гюйгенса – Френель.

Осы қағидатқа сәйкес, жарық толқыны, возбуждаемая қандай да бір көзі S, ұсынылуы мүмкін нәтижесі ретінде суперпозиция когерентных екінші реттік толқындар, ,,излучаемых» жалған көзі. Осындай көзі бола алады физикалық шексіз кіші элементтері кез келген тұйық бетінің қамтитын көзі S. Әдетте ретінде осы бетінің таңдайды бір толқындық бетті, сондықтан барлық жалған көздер қолданылады синфазно. Осылайша, толқын, распространяющиеся көзінен, нәтижесі болып табылады интерференция барлық когерентных екінші реттік толқындар. Френель исключил туындау мүмкіндігі кері екінші реттік толқындардың ұсынды, егер арасындағы көзі мен бақылау нүктесі орналасқан мөлдір емес экран тесік болса, онда экранның бетінде амплитудасы, екінші реттік толқындардың нөлге тең, ал саңылаулар – бұл кезде экран.

Есеп ауытқу шегі және фазалардың екінші реттік толқындардың мүмкіндік береді әрбір нақты жағдайда табу амплитудасын (интенсивтілігін) результирующей толқындар кез келген нүктесінде кеңістік, т. е. анықтау жарықтың таралу заңдылықтары.

Дифракциясы Френель арналған дөңгелек саңылаулар:
Сфералық толқын, распространяющаяся бірі нүктелі көздің S қарсы алады, сондай-ақ, экран дөңгелек тесік. Дифракционную көрінісін бақылап, экранда (Э) нүктесінде, алдыңғы орналасқан желідегі байланыстыратын S орталығы тесік. Экран параллелен жазықтықта тесіктер және одан қашықтықта b. Түрі дифракциялық суреттер санына байланысты Френель, укладывающихся кескінделуі және белгіленуі. Үшін нүктелері сәйкес френельдің зоналар әдісі, амплитудасы результирующего тербелістер A=A1/2±Am/2, мұндағы плюс белгісі сәйкес келеді тақ т-минус – жұп. т.

Кезде тесік ашады тақ Френель, онда амплитудасы (қарқындылығы) нүктесіне қарағанда еркін тарату толқындар, егер четное, онда амплитудасы (қарқындылығы) нөлге тең болады. Егер тесік укладывается бір Френель аймағы, онда нүктесінің амплитудасы A=A1, яғни екі есе артық болмауы непрозрачного экран отверстием (қарқындылығы жарықтың көп, тиісінше, төрт есе). Егер тесік укладывается екі френельдің зоналық әдісі, онда олардың әрекеттері осы нүктеде іс жүзінде жойылмақ бірін-бірі-интерференция. Осылайша, дифракциялық көрініс желтоқсандағы дөңгелек тесіктің маңында нүктелері болады түрі чередующихся қараңғы және жарық сақиналар орталықтары бар нүктеде (егер т четное болса, онда орталықта қараңғы сақина, егер т тақ – жарқын сақина), ал қарқындылығы максимумдар убывает арақашықтық орталығының суреттер.

Есептеу амплитудасы результирующего тербелістер арналған внеосевых учаскелерінде экран неғұрлым қиын, өйткені оларға тиісті френельдің зоналық әдісі ішінара жабылады айқын емес экран. Егер тесік жарықтандырылады емес монохроматическим, сондай-ақ жарық, онда сақина боялған (саны Френель, укладывающихся кескінделуі және белгіленуі, тәуелді λ).