волн.

- распространение электромагнитных
колебаний в пространстве.
2
Кроме механических (упругих) волн
существуют волны другой физической
природы – это электромагнитные
волны.
Они не нуждаются для своего
распространения, в каком – либо
веществе, могут существовать
и в вакууме.
В то же время многие характеристики
разных типов волн, совершенно
идентичны.
3
График электромагнитной
волны
Вектор
напряженности
электрического поля
и вектор
магнитной индукции
перпендикулярны друг другу
и перпендикулярны
направлению
распространения волны,
поэтому
электромагнитная
волна –
поперечная.
Электромагнитные волны
это поперечные волны и, в этом,
аналогичны другим типам волн.
Однако в Э М В происходят
колебания полей,
а не частиц вещества, как в случае
распространения упругих волн.
5
Одной из основных оптических характеристик
вещества является
абсолютный показатель преломления
Абсолютный показатель преломления всех тел твердых, жидких и газообразных - больше единицы
и колеблется от 1 до 2, превосходя значение 2 только
в редких случаях.
Например, у алмаза n = 2,42
6
Шкала электромагнитных волн
Световая волна - это электромагнитная волна с
длиной волны в вакууме:
Волны такого диапазона воспринимаются человеческим глазом.
7
1
2
3
4
5
6
3 Видимый свет - излучения с длиной волны
примерно от 770 нм до 380 нм, от красного до
фиолетового цвета. Значение этого участка
спектра электромагнитных излучений в жизни
человека исключительно велико, так как почти все
сведения об окружающем мире человек получает с
8
помощью зрения.
ОПТИКА - раздел физики,
в котором рассматриваются все явления,
связанные со светом, включая инфракрасное
и ультрафиолетовое излучение.
9
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
раздел оптики, который описывает
распространение света с учётом
его волновой природы.
Явления волновой оптики дисперсия, интерференция, дифракция,
поляризация
и т. п.
10
Дисперсия света— это явление зависимости
абсолютного показателя преломления вещества от
длины волны света.Один из самых наглядных примеров
дисперсии — разложение белого света при
прохождении его через призму. Сущностью явления
дисперсии является неодинаковая скорость
распространения лучей света
c различной длиной волны в прозрачном веществе.
11
Радуга – оптическое явление,
которое объясняется законами отражения и
преломления света и явлением дисперсии света.
12
Радужные облака
Когда Солнце располагается под определенным углом
к капелькам воды, из которых состоит облако,
эти капли преломляют солнечный свет и создают
необычный эффект “радужного облака”,
окрашивая его во все цвета радуги.
13
Перевёрнутая радуга
Такая необычная радуга
появляется в результате
преломлении солнечных
лучей сквозь кристаллики
льда, находящиеся только
в определённых частях
облаков.
14
Окологоризонтальная радуга
Известна как "огненная радуга".
Цветные полосы возникают прямо на небосводе в
результате прохождения света через кристаллы
льда в перистых облаках, покрывая небо "радужной
пленкой".
15
Лунная радуга
Темное ночное небо и яркий
свет Луны часто
порождают явление,
именуемое
“лунной радугой”
– радуга, появляющаяся
в свете Луны.
Такие радуги
располагаются на
противоположной от
Луны стороне небосвода
и чаще всего кажутся
абсолютно белыми.16
Белая радуга
Возникает при диаметре водяной
капельки меньше 0,1 мм. Небольшой
размер воздушных капель воды делает
невозможным разложение солнечных
лучей на спектры цветов, поэтому радуга
только белого цвета. Молочно - опаловая
дуга вдруг вырастает в тумане.
17
Центр окружности, которую описывает радуга,
всегда лежит на прямой, проходящей через
Солнце (Луну) и глаз.
Для наблюдателя на земле она обычно
Выглядит как часть окружности, дуга.
Чем выше точка зрения, тем радуга полнее — с горы
18
или самолёта можно увидеть и целую окружность.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
СВЕТА пространственное
перераспределение
энергии светового
излучения при
наложении двух или
нескольких световых
волн.
19
Интерференция типично волновой процесс
и характерна для любых волн независимо
от их природы:
для волн на поверхности жидкости,
упругих (например, звуковых или ударных) волн,
электромагнитных
(например, радиоволн или световых) волн.
20
Результат интерференции
зависит от разности фаз
накладывающихся волн.
Интерференция света
наблюдается на экране
или иной поверхности
в виде чередования
светлых и темных
полос или пятен
(для монохроматического
света)
или окрашенных
участков
(для белого света).
21
Интерферируют только
когенрентные волны.
(Волны и возбуждающие их источники
называются когерентными,
если разность фаз волн
постоянна и не зависит
от времени.)
22
Волны и возбуждающие их источники
называются некогерентными, если
разность фаз волн изменяется
с течением времени.
Когерентное излучение дают только
лазеры.
Остальные источники света являются
некогеренттными.
23
Цвета тонких пленок
(мыльный пузырь, масляная пленка на воде
или мокром асфальте)
объясняются явлениями интерференции.
24
25
26
Яркую, переливающуюся
всеми цветами радуги
окраску некоторых раковин,
перьев птиц, на поверхности
которых расположены
тончайшие, незаметные для
глаза прозрачные чешуйки,
также можно объяснить
интерференцией.
27
Стоячие волны
Еще один вид интерференции наблюдается при
наложении бегущей и отраженной волн, что приводит
к образованию стоячей волны.
28
Примерами стоячей волны могут служить
колебания струны, колебания воздуха в органной
трубе
29
НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ
Интерференция волн находит широкое применение,
как в научных исследованиях, так и в технике.
Интерференция света применяется для измерения
длины волны излучения,
исследования тонкой
структуры спектральных линий, определения
показателей преломления и дисперсионных свойств
веществ, для измерения углов, точных измерений
линейных размеров деталей (с точностью до длины
световой волны),
для контроля качества
оптических систем и многого другого.
30
На использовании интерференции когерентных волн
основана голография - область науки и техники,
занимающаяся получением объемных изображений, а
также оптической обработкой информации и её
хранением. Методы голографии позволяют хранить
гигантские объемы информации на небольших
носителях.
31
Проверка качества обработки
поверхностей
С помощью интерференции можно
оценить качество обработки поверхности
изделия с точностью
до 1/10 длины волны, т.е. с точностью
до 10 - 6 см.
32
Уменьшение отражения поверхностей объектов
достигается путём нанесения на них плёнок,
толщина которых обеспечивает
гашение отраженных волн в результате
интерференции.
33
Дифракция - совокупность
явлений, связанных с отклонением
волн от прямолинейного
распространения при
прохождении мимо края
препятствия.
Дифракция света наблюдается
при распространении света
вблизи краев непрозрачных тел,
прохождении света сквозь узкие
отверстия, щели
и т. д.;
В результате дифракции волны
огибают препятствия, проникая
в область геометрической тени.
34
Дифракционные картины
35
Дифракционные картины
36
Дифракционные оптические элементы –
это структуры, изменяющие волновой
фронт световой волны заданным образом.
Таким элементами являются
Дифракционная решетка и зонная
пластинка Френеля, фокусирующая
свет в точку подобно собирающей линзе.
37
Дифракционная решетка
38
Как правило, дифракционная решетка представляет
собой стеклянную пластинку с большим числом
параллельных штрихов, проведенных резцом.
Простейшая дифракционная решетка состоит из
прозрачных участков (щелей), разделенных
непрозрачными промежутками.
Число штрихов у хороших дифракционных решеток
доходит до нескольких тысяч на 1 мм.
39
Если на дифракционную решетку падает
монохроматический свет, то на экране возникает
дифракционная картина состоящая из однотонно
окрашенных светлых полос. Интенсивность окрашенных
полос уменьшается по мере удаления от центра
дифракционной пластины.
40
41
Спектры, полученные с помощью призмы
Спектры, полученные с помощью
дифракционной решетки
42
Очень большая отражательная
дифракционная решётка
На фото – обычный компакт-диск. Он
может работать и как оптический прибор
– дифракционная решетка.
Концентрические дорожки, на которых
записаны данные, расположены друг к
другу настолько близко, что на них
происходит дифракция света.
При этом лучи разных цветов
дифрагируют по-разному, и на диске можно
видеть спектр падающего света.
43
Яркую, переливающуюся всеми цветами радуги
окраску некоторых раковин, перьев птиц,
на поверхности которых расположены тончайшие,
незаметные для глаза прозрачные чешуйки, также
можно объяснить интерференцией.
Если рассматривать под микроскопом крылья бабочек,
то можно заметить, что они состоят из большого
числа элементов, размер которых имеет порядок
длины волны видимого света.
Таким образом, крыло бабочки как бы представляет
собой своеобразную дифракционную решетку.
44
ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ
Дифракция рентгеновских
лучей на кристаллической
решетке дает возможность
исследовать строение
кристаллов.
45
Согласно волновой теории, свет представляет
собой совокупность электромагнитных волн.
Электромагнитные волны, вектор напряженности
электрического поля которых колеблется
беспорядочно во всех направлениях
перпендикулярно лучу,
(причем все направления равновероятны)
создают свет который называется
неполяризованным (или естественным).
Поляризованным светом
называется свет, в котором колебания вектора Е
каким-то образом упорядочены.
Если колебания вектора Е происходят в одной
плоскости, то такой свет называется
линейно поляризованным.
Плоскость, в которой колеблется вектор Е,
называется плоскостью поляризации.
Если вектор Е вращается вокруг направления
распространения света,
одновременно изменяясь периодически по модулю
(при этом конец вектора Е описывает эллипс),
то такой свет называют
эллиптически - поляризованным.
Единственным источником
поляризованного света являются лазеры.
Для превращения обычного света в поляризованный
используют поляризаторы.
Поляризаторами называют устройства способные
создавать линейно поляризованный свет.
Они свободно пропускают колебания вектора Е,
параллельные плоскости пропускания
поляризатора.
Плоскость, в которой поляризатор свободно
пропускает вектор напряженности электрического
поля, называется плоскостью поляризации.
Колебания же перпендикулярные к этой плоскости,
задерживаются полностью или частично.
Способы получения поляризованного света
Отражение от поверхности диэлектрика.
Двойное
лучепреломление
Двойное лучепреломление –
способность некоторых
прозрачных кристаллов
раздваивать падающий
на них световой пучок.
Дихроизм.
Дихроизм – свойство
двоякопреломляющих
кристаллов иметь
различное поглощение
света в зависимости от
ориентации
электрического вектора
световой волны.
Дихроизм
В некоторых кристаллах луч разделяется на два
поляризованных луча. Один из лучей поглощается
в кристалле значительно сильнее другого.
Это явление называется дихроизмом,
а сами кристаллы дихроичными.
К таким веществам, в частности, относится
кpисталл туpмалина. Пластинка из туpмалина
даже толщиной 1-2 мм может служить хорошим
поляpизатоpом и анализатоpом.
Вращение плоскости поляризации
Кварцевые пластинки обладают свойством
вращать плоскость поляризации.
Направления колебаний образуют в кварце
винтовую поверхность; величина углов вращения
зависит от толщины кварцевой пластинки,
а также и от длины волны света.
Подобным же свойством обладают
виннокаменная кислота и растворы сахара.
По величине вращения можно определить
концентрацию раствора сахара
(сахариметр).
Поляризационные
очки
Одним из способов выявления слабых мест
строительных конструкций может служить способ
наблюдения внутренних напряжений с помощью
поляризованного света.
Давно известен факт, что в зависимости
от нагрузки изменяются оптические свойства
оргстекла: в месте воздействии на оргстекло
поворачиваются плоскости поляризации.
Возникает цветная картина распределения
напряжений.
Красному цвету соответствуют наибольшие
деформации в оргстекле, зеленому - средние, синему
- наименьшие.
Принцип действия
ЖК - матриц
основан на поляризации света
и вращении плоскополяризованного
света молекулами
жидкокристаллического вещества.
Фотографии растущих кристаллов,
сделанные с помощью поляризационного
микроскопа.
Спасибо за внимание
61