Справочник от Автор24
Найди эксперта для помощи в учебе
Найти эксперта
+2

Интерференция и дифракция света

Определение 1

Свет представляет в физической оптике электромагнитное излучение, которое может восприниматься человеческим глазом.

В более широком смысле свет понимается как любое оптическое излучение, то есть такое, длины волн которого находятся в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра. В данном случае в понятие «свет» также включены ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.

Характеристика света

В качестве одной из субъективных характеристик света выступает цвет, определяемый для монохроматического излучения частотой света, а для сложного - его спектральным составом.

Свет способен распространяться даже в вакууме. При этом наличие вещества воздействует на скорость распространения света. Свет на границе сред испытывает преломление (отражение). Распространяясь в некой среде, свет может поглощаться и рассеиваться веществом. Оптические свойства среды характеризует показатель преломления, действительная часть которого выражена отношением фазовой скорости света в вакууме к такой скорости в данной среде.

В изотропных средах распространение света будет зависеть от направления (в общих случаях, - от координаты и времени). Показатель преломления является скалярной функцией. В анизотропных средах он представляется в качестве тензора.

Оптическая дисперсия представляет зависимость показателя преломления от длины волны света. Такая зависимость приводит к распространению света разнодлиновых волн в среде с различной скоростью. Благодаря этому становится возможным разложение немонохроматического (например, белого) света в спектр.

Подобно любой электромагнитной волне, свет будет обладать свойством поляризации (то есть он может быть поляризованным). У света, линейно поляризованного, имеется определенная плоскость поляризации, где будут осуществляться колебания электромагнитной волны.

У эллиптически поляризованного света электрический вектор будет вращаться по часовой стрелке или же против нее. Это, в свою очередь, будет зависеть непосредственно от направления поляризации

Замечание 1

Неполяризованный свет представляет собой совокупность световых волн со случайной поляризацией. Поляризованный свет также может выделяться из неполяризованного пропусканием через поляризатор.

«Интерференция и дифракция света» 👇
Помощь эксперта по теме работы
Найти эксперта
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Найти

Некоторые среды обладают способностью к вращению плоскостью поляризации проходящего света. Угол поворота при этом будет зависеть от концентрации оптически активного вещества. Такое явление, в частности, используется в поляриметрическом анализе веществ (например, для измерения концентрации в растворе сахара).

Интенсивность света количественно характеризуется фотометрическими величинами нескольких видов. Главные из них это световые и энергетические величины. Световые величины выражаются в единицах мощности или энергии, а также производных от них. К энергетическим величинам относятся в частности:

  • энергия и сила излучения;
  • энергетическая яркость, светимость и облучение.

Каждой энергетической величине соответствует в виде аналога световая фотометрическая величина. Световые величины могут отличаться от энергетических тем, что свет оцениваются по его способности вызывать зрительные ощущения. Световые аналоги это:

  • световая энергия;
  • поток света;
  • яркость;
  • освещенность.

Интерференция света

Замечание 2

Впервые такое явление, как интерференция, было обнаружено учеными Р. Бойлем, Р. Гуком и Гримальди. Впервые Гримальди связал явление интерференции с идеей о волновых свойствах света.

В 1801 году Т. Юнг ввел принцип суперпозиции и на основании этого дал детальное объяснении этого явления с помощью термина «интерференция».

Также ученый провел демонстрационный эксперимент, в котором наблюдал интерференции света, получив данное явление от двух щелевых источников света (в 1802 г.). Позднее опыт Юнга стал классическим.

Интерференция конструктивна в ситуации, когда итоговая разница между пройденными данными лучами путями на поверхности пленки составит полуцелое число длин волн в ней:

Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

То есть

Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Дифракция света

В явлении дифракции важное значение имеют исходные размеры области волнового поля, подверженной значительной трансформации в ситуации, когда элементы структуры волнового поля можно сравнить с длиной волны или они окажутся меньше ее по размеру.

Например, волновой пучок, ограниченный в пространстве, обладает свойством расхождения в пространстве по мере его распространения даже в пределах однородной среды. Такое явление невозможно описать законами геометрической оптики. Оно относится к дифракционным явлениям:

  • дифракционная расходимость,
  • расплывание волнового пучка.

Исходное ограничение в пространстве волнового поля и его определенная структура могут возникать не только за счет наличия отражающих или поглощающих элементов, но и при порождении (излучении, генерации) этого волнового поля.

Пример 1

Одним из примеров дифракции является дифракция света на ультразвуке в жидкости. При таком эксперименте берется оптически прозрачная ванночка в форме прямоугольного параллелепипеда. В этой ванночке находится оптически-прозрачная жидкость, а на частоте ультразвука возбуждается стоячая волна.

Плотность воды в ее узлах будет ниже. Как следствие, окажется ниже ее оптическая плотность. При таких условиях ванночка с водой выступит для световой волны фазовой дифракционной решеткой. На этой решетке дифракция осуществляется в виде изменения фазовой структуры волны. Это явление можно наблюдать в оптический микроскоп, благодаря методу фазового контраста (метод темного поля).

Как пример, рассмотрим дифракционную картину, которая возникает в момент прохождения света сквозь щель в непрозрачном экране. Мы определяем интенсивность света в зависимости от угла. Для записи исходного уравнения применяем принцип Гюйгенса. Вдали от разреза запишем формулу:

Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Расстояние от щели будет определяться как:

Формулы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 4. Формулы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Дата последнего обновления статьи: 29.01.2024
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Крупнейшая русскоязычная библиотека студенческих решенных задач
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot