 |
Суперпозиция электромагнитных волн с одинаковыми направлениями колебаний векторов напряженности; биения; стоячие волны и их экспериментальная реализация в оптике.
|
|
|
|
Предмет оптики и ее задачи; основные разделы оптики и их краткая характеристика.
Оптика – раздел физики, в котором изучается оптическое излучение, процессы его распространения и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества.
Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны и поэтому оптика – это часть общего учения об электромагнитном поле, то есть часть электродинамики.
Основные разделы оптики:
Классическая оптика:
-Геометрическая оптика - раздел оптики, в котором изучаются законы распространения света на основе представлений о световых лучах. Под световым лучом понимают линию, вдоль которой распространяется поток световой энергии.
-Физическая оптика - раздел оптики, изучающий оптические явления, выходящие за рамки приближения геометрической оптики. К таким явлениям относятся дифракция, интерференция света, поляризационные эффекты, а также эффекты, связанные с распространением электромагнитных волн в нелинейных и анизотропных средах.
-Волновая оптика - раздел оптики, который описывает распространение света с учётом его волновой природы. Явления волновой оптики — интерференция, дифракция, поляризация и т. п.
Представления о свете на различных этапах развития оптики; электромагнитная природа света.
Основные законы оптики известны еще с древних веков. Платон установил закон прямолинейного распространения и закон отражения света. Аристотель и Птоломей изучали преломление света. Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян, которые в дальнейшем, по мере изобретения и усовершенствования различных оптических инструментов развивались и трансформировались. В конце XVII в. на основе многовекового опыта и развития представлений о свете возникли две теории света: корпускулярная и волновая.
|
|
|
Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц, испускаемых светящимися телами и летящих по прямолинейным траекториям.
Согласно волновой теории, развитой на основе аналогии оптических и акустических явлений, свет представляет собой упругую волну, распространяющуюся в особой среде — эфире. Эфир заполняет все мировое пространство, пронизывает все тела и обладает механическими свойствами — упругостью и плотностью.
Под светом в настоящее время понимают электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
Длина волн воспринимаемого электромагнитного излучения лежит в интервале от 0,38 до 0,76 мкм.
Электромагнитные волны поперечны.
На основании своих теоретических исследований Максвелл сделал вывод: свет имеет электромагнитную природу.
Характеристика оптического диапазона электромагнитных волн.
Источники и приемники оптического излучения.
Источником оптического излучения называют устройство, преобразующее любой вид энергии в энергию электромагнитных излучений оптического диапазона спектра.
Классификация источников излучения может осуществляться по различным признакам, например:
а) по размеру источников излучения;
б) по характеру распределения силы излучения в пространстве (по форме фотометрического тела);
в) по спектральному распределению потока излучения (световому потоку);
г) по времени действия излучения;
д) по цветовой температуре.
Источники делятся на искусственные и естественные.
Искусственные источники света - технические устройства различной конструкции и различными способами преобразования энергии, основным предназначением которых является получение светового излучения.
Естественные источники света - это природные материальные объекты и явления, основным или вторичным свойством которых является способность испускать видимый свет.
|
|
|
Приемники оптического излучения - устройства, предназначенные для обнаружения или измерения оптического излучения и основанные на преобразовании энергии излучения в др. виды энергии, более удобные для непосредственного измерения.
По принципу действия они делятся на следующие группы: тепловые, фотонные или фотоэлектрические, пондеро моторные, фотохимические, а также глаза живых существ.
Классификация электромагнитных волн; плоские и сферические электромагнитные волны и возможность их экспериментального осуществления; однородные и неоднородные волны.
Классификация электромагнитных волн:
-Низкочастотные волны
-Радиоволны
-Микроволны
-Инфракрасное излучение
-Видимое излучение
-Ультрафиолетовое излучение
-Рентгеновское излучение
-Гамма-излучение
Плоские волны, у которых плоскости равных амплитуд и фаз совпадают, называются однородными плоскими волнами.
Можно легко показать, что при некоторых определенных условиях в плоской гармонической волне плоскости равных амплитуд и фаз могут не совпадать. Такие волны называются неоднородными плоскими волнами.
Описание электромагнитных волн: система уравнений Максвелла; фазовая и групповая скорость волны; соотношение между ними; энергия, переносимая электромагнитной волной; вектор Умова – Пойнтинга; понятие об интенсивности.
Система уравнений Максвелла есть полная система уравнений классической электродинамики, которая описывает все электромагнитные явления как в вакууме, так и в произвольной материальной среде.
Фазовая скорость, скорость перемещения фазы гармонической волны. Ф. с. с выражается через частоту f и длину волны (или через круговую частоту w = 2pf и волновое число k = 2p/l) формулой с = fl = wk.
Групповая скорость волн, скорость движения группы или цуга (вереницы) волн, которая при отсутствии поглощения в среде совпадает со скоростью перемещения энергии этой группы волн. Если среда не обладает дисперсией, то все гармонические волны, входящие в группу, распространяются с одной и той же фазовой скоростью. С той же скоростью распространяется и огибающая группы; в этом случае Г. с. совпадает с фазовой.
|
|
|
Объемная плотность w энергии электромагнитной волны складывается из объемных плотностей wэл и wм, электрического и магнитного полей:
Tax как векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и образуют с направлением распространения волны правовинтовую систему, то направление вектора [ЕН] совпадает с направлением переноса энергии, а модуль этого вектора равен ЕН. Вектор плотности потока электромагнитной энергии называется вектором Умова — Пойнтинга: 
интенсивность волны электромагнитной или звуковой - средняя по времени энергия, которую электромагнитная или звуковая волна переносит в единицу времени через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению распространения волны. Интенсивность волны пропорциональна квадрату её амплитуды.
Суперпозиция электромагнитных волн с одинаковыми направлениями колебаний векторов напряженности; биения; стоячие волны и их экспериментальная реализация в оптике.
Биения - колебания с периодически меняющейся амплитудой, возникающие в результате наложения двух гармонических колебаний с несколько различными, но близкими частотами. Б. возникают вследствие того, что разность фаз между двумя колебаниями с различными частотами всё время изменяется так, что оба колебания оказываются в какой-то момент времени в фазе, через некоторое время — в противофазе, затем снова в фазе и т.д
Стоячие волны, волны, возникающие вследствие интерференции волн, распространяющихся во взаимно противоположных направлениях. Практически С. в. возникают при отражениях волн от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на прямую. Различные участки С. в. колеблются в одной и той же фазе, но с различной амплитудой.
|
|
|
