Электромагнитная природа света. Интерференция света

Август 10, 2022

Главная
Физика
Электромагнитная природа света. Интерференция света

Содержание

2. Волновая оптика изучает широкий круг закономерностей, связанных с процессами распространения света в материальных средах с учетом
3. Физическая оптика – наука о природе света и световых явлений. Геометрическая оптика рассматривает распространение света на
4. Шкала электромагнитных излучений В 60-х г.г. 19 века Максвелл теоретически открыл э/м волны. Экспериментальные данные измерений
5. Поэтому предположили, что свет представляет собой э/м волны. Подтвердили э/м природу света опыты Г.Герца (в 1888
6. Радиоволны Инфракрасное (ИФ) излучение Видимый свет Ультрафиолетовое (УФ) излучение Рентгеновское (R) излучение γ-излучение Ядерные процессы Излучение
7. Границы диапазона видимого света определяются способностью среднестатистического человеческого глаза регистрировать э/м излучение в интервале λ =
8. Em = A – амплитуда светового вектора. Оптическое излучение, его интенсивность Интенсивность света – модуль среднего
9. Интерференция электромагнитных волн Монохроматическая волна имеет определенную частоту. Интерференция волн. При взаимодействии двух и более когерентных
10. Когерентными называют такие колебания (и волны) разность фаз Δα которых постоянна во времени, а частота –
11. Согласно методу суперпозиции Пусть x α1 О α α2 x2 x1 x ω
12. При амплитуда При амплитуда Если то
13. Интенсивность результирующего колебания 1. При – усиление интенсивности световой волны
14. тогда интенсивность световой волны – ослабление интенсивности световой волны 2. При 3. Если Δα будет меняться
15. Интерференция характерна для волн любой природы и сравнительно просто наблюдается на опыте для волн на поверхности
16. Свет, испущенный обычными (не лазерными) источниками, не бывает монохроматическим. Источники некогерентны. Когерентные световые волны можно получить
17. y N 2d S2 Расчет интерференционной картины с двумя источниками Две волны, распространяющиеся в вакууме, исходят
18. Определим положение m-х максимумов (расстояние ym). Сначала получим условия интерференционных максимумов и минимумов. Геометрическая разность хода
19. Разность фаз где волновое число
20. Амплитуда Интенсивность Положим тогда
21. если то Положим тогда если то
22. Условие максимума интерференции (12.2) где λ – длина волны в вакууме. Из геометрии (12.3) Вычитая из
23. Учитывая, что L >> d , считаем, что Тогда Подставив условие максимума (12.2) для вакуума (n
24. Ширина интерференционной полосы – расстояние между m-м и (m+1)-м максимумами: (12.7) или где δy не зависит
25. Пространственно-временная когерентность Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов. Временная когерентность: α1 – α2
26. Псевдоволновая поверхность – волновая поверхность монохроматического источника. ρког (lког) – радиус когерентности (длина пространственной когерентности) –
27. Опыт Юнга Длина когерентности (12.9)
28. где m – максимальный порядок интерференции, соответствующий еще видимой светлой полосе cтепень монохроматичности света λ/Δλ Ширина
29. Интерференционная картина исчезает, когда ширина щели S ширина полосы Тогда где φ – угловая ширина щели
31. Скачать презентацию

Слайд 2

Волновая оптика изучает широкий круг закономерностей, связанных с процессами распространения света

в материальных средах с учетом его волновой природы.

К ней относятся: интерференция света, дифракция света, голография, поляризация света, дисперсия света.

Вопросы, рассматриваемые в волновой оптике, вместе с вопросами, рассматриваемыми в квантовой оптике, в которой изучаются механизмы процессов испускания и поглощения света, составляют содержание физической оптики.

Слайд 3

Физическая оптика – наука о природе света и световых явлений.
Геометрическая

оптика рассматривает распространение света на основе представлений о световых лучах, исходя из эмпирически установленных законов. Ее методы широко используются при расчетах и проектировании самых сложных оптических систем и устройств.

Геометрическая и физическая оптики являются частями единой и многосторонней науки о свете – оптики.

Слайд 4

Шкала электромагнитных излучений
В 60-х г.г. 19 века Максвелл теоретически открыл

э/м волны. Экспериментальные данные измерений скорости света в вакууме и в воздухе совпали с расчетными значениями скорости распространения э/м волн:

где c – скорость света в вакууме, n – показатель преломления среды.

Слайд 5

Поэтому предположили, что свет представляет собой э/м волны. Подтвердили э/м природу

света опыты Г.Герца (в 1888 г.), показавшего, что для э/м волн имеют место те же законы отражения и преломления, что и для света.

В разное время были открыты различные излучения, как и свет представляющие собой э/м волны и отличающиеся от света значениями длин соответствующих э/м волн.

Слайд 6

Радиоволны
Инфракрасное (ИФ) излучение
Видимый свет
Ультрафиолетовое (УФ) излучение
Рентгеновское (R) излучение
γ-излучение

Ядерные процессы

Излучение атомов

Переменные токи в проводниках и электронных потоках

Излучение молекул

Торможение заряженных частиц

Шкала э/м волн

Слайд 7

Границы диапазона видимого света определяются способностью среднестатистического человеческого глаза регистрировать э/м

излучение в интервале λ = 380 ÷ 780 нм.

Нет принципиального различия между соответствующими излучениями в области перекрытия их диапазонов.

Из-за сходства процессов, происходящих в источниках видимого света, УФ-, ИК- и рентгеновского излучений, эти диапазоны объединяют общим названием – оптическое излучение.

Слайд 8

Em = A – амплитуда светового вектора.
Оптическое излучение, его интенсивность

Интенсивность света – модуль среднего по времени значения плотности потока электромагнитной энергии

где T – период световой волны,

– среднее по времени значение вектора Пойнтинга

Слайд 9

Интерференция электромагнитных волн
Монохроматическая волна имеет определенную частоту.
Интерференция волн. При

взаимодействии двух и более когерентных волн происходит перераспределение энергии и интенсивности в пространстве: в одних местах возникают максимумы, в других – минимумы интенсивности.

Слайд 10

Когерентными называют такие колебания (и волны) разность фаз Δα которых постоянна

во времени, а частота – одинаковая (ω1 = ω2).

Если при сложении волн перераспределения энергии нет, говорим о принципе суперпозиции: результирующее колебание в данной точке пространства надо искать как геометрическую сумму.

Рассмотрим сложение гармонических колебаний одного направления равных частот

Слайд 11

Согласно методу суперпозиции
Пусть
x
α1
О
α
α2
x2
x1
x
ω

Слайд 12

При
амплитуда
При
амплитуда
Если
то

Слайд 13

Интенсивность результирующего колебания
1. При
– усиление интенсивности световой волны

Слайд 14

тогда интенсивность световой волны
– ослабление интенсивности световой волны

2. При

3. Если Δα будет меняться от времени

то среднее значение

т.е. интерференции нет.

Слайд 15

Интерференция характерна для волн любой природы и сравнительно просто наблюдается на

опыте для волн на поверхности воды или для звуковых волн.

Наблюдать интерференцию световых волн можно лишь при определенных условиях. В случае суперпозиции когерентных волн интенсивность результирующего колебания

Слайд 16

Свет, испущенный обычными (не лазерными) источниками, не бывает монохроматическим. Источники некогерентны.

Когерентные световые волны можно получить и от обычных источников. Общий принцип их получения: волну, излучаемую одним источником света, разделяют тем или иным способом на две части и затем накладывают их друг на друга подходящим способом.

Слайд 17

y
N
2d
S2
Расчет интерференционной картины с двумя источниками
Две волны, распространяющиеся в вакууме,

исходят из когерентных источников и в области, где эти волны перекрываются (в зоне интерференции) – должна возникать система чередующихся максимумов и минимумов освещенности, которую можно наблюдать на экране.

Слайд 18

Определим положение m-х максимумов (расстояние ym). Сначала получим условия интерференционных максимумов

и минимумов.

Геометрическая разность хода – разность расстояний l2 и l1 от источников до интересующей нас точки N. В случае, когда волны от источников распространяются не в вакууме, а в среде с показателем преломления n, под Δ следует понимать не геометрическую, а оптическую разность хода

(12.1)

Слайд 19

Разность фаз
где волновое число

Слайд 20

Амплитуда
Интенсивность
Положим
тогда

Слайд 21

если
то
Положим
тогда
если
то

Слайд 22

Условие максимума интерференции
(12.2)
где λ – длина волны в вакууме.
Из

геометрии

(12.3)

Вычитая из второго уравнения (12.3) первое, получаем

(12.4)

Слайд 23

Учитывая, что L >> d , считаем, что
Тогда
Подставив условие

максимума (12.2) для вакуума (n = 1), получаем положение m-х максимумов

(12.5)

(12.6)

Слайд 24

Ширина интерференционной полосы – расстояние между m-м и (m+1)-м максимумами:
(12.7)
или
где

δy не зависит от порядка максимума m

(12.8)

Слайд 25

Пространственно-временная когерентность
Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов.

Временная когерентность: α1 – α2 = const (в данной точке пространства не зависит от времени).

Пространственная когерентность: (α1 – α2 ) для колебаний, происходящих в 2-х разных точках так называемой псевдоволновой поверхности остается неизменной.

Слайд 26

Псевдоволновая поверхность – волновая поверхность монохроматического источника.
ρког (lког) – радиус

когерентности (длина пространственной когерентности) – расстояние вдоль псевдоволновой поверхности, на длине которого фаза случайным образом меняется на величину порядка π (Δφ ~ π).

Лазер – источник с высокой когерентностью (пространственная и временная когерентность).

Слайд 27

Опыт Юнга
Длина когерентности
(12.9)

Слайд 28

где m – максимальный порядок интерференции, соответствующий еще видимой светлой полосе

cтепень монохроматичности света λ/Δλ

Ширина когерентности. Щели S1 и S2 становятся некогерентными источниками, если

где 2d – расстояние между щелями

(12.10)

Слайд 29

Интерференционная картина исчезает, когда ширина щели S
ширина полосы
Тогда
где φ –

угловая ширина щели S относительно диафрагмы с двумя щелями.

(12.11)

Электромагнитная природа света. Интерференция света

Содержание

Волновая оптика изучает широкий круг закономерностей, связанных с процессами распространения света

Физическая оптика – наука о природе света и световых явлений. Геометрическая

Шкала электромагнитных излучений В 60-х г.г. 19 века Максвелл теоретически открыл

Поэтому предположили, что свет представляет собой э/м волны. Подтвердили э/м природу

РадиоволныИнфракрасное (ИФ) излучение Видимый светУльтрафиолетовое (УФ) излучение Рентгеновское (R) излучение γ-излучение

Границы диапазона видимого света определяются способностью среднестатистического человеческого глаза регистрировать э/м

Em = A – амплитуда светового вектора. Оптическое излучение, его интенсивность

Интерференция электромагнитных волн Монохроматическая волна имеет определенную частоту. Интерференция волн. При

Когерентными называют такие колебания (и волны) разность фаз Δα которых постоянна

Согласно методу суперпозиции Пусть xα1Оαα2x2x1xω

Приамплитуда Приамплитуда Если то

Интенсивность результирующего колебания 1. При – усиление интенсивности световой волны

тогда интенсивность световой волны – ослабление интенсивности световой волны

Интерференция характерна для волн любой природы и сравнительно просто наблюдается на

Свет, испущенный обычными (не лазерными) источниками, не бывает монохроматическим. Источники некогерентны.

yN2dS2Расчет интерференционной картины с двумя источниками Две волны, распространяющиеся в вакууме,

Определим положение m-х максимумов (расстояние ym). Сначала получим условия интерференционных максимумов

Разность фаз где волновое число

Амплитуда Интенсивность Положим тогда

если то Положим тогда если то

Условие максимума интерференции (12.2)где λ – длина волны в вакууме. Из

Учитывая, что L >> d , считаем, что Тогда Подставив условие

Ширина интерференционной полосы – расстояние между m-м и (m+1)-м максимумами: (12.7)илигде

Пространственно-временная когерентность Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов.

Псевдоволновая поверхность – волновая поверхность монохроматического источника. ρког (lког) – радиус

Опыт Юнга Длина когерентности (12.9)