Волновая оптика

1 слайд
Дисперсия Интерференция Дифракция Поляризация

2 слайд
Основные понятия и определения Свет – электромагнитная волна. Классическая электродинамика рассматривает свет как электромагнитные волны.

3 слайд
Оптика Оптика ГеометрическаяГеометрическая оптикаоптика Волновая Волновая оптикаоптикаКвантоваяКвантовая оптикаоптикаФотометрияФотометрия

4 слайд
Волновая оптика рассматривает свет как электромагнитную волну.

5 слайд
Волновая оптика дисперсия интерференция дифракция поляризация • показатель преломления • частота э/м колебаний • длина волны • скорость света в веществеv c n  • когерентные волны • разность хода • условие максимума • условие минимума 2 )1 2( 2 2        k d k d • дифракционная решетка • дифракционный максимум • постоянная решетки • угол отклонения   k d  sin • плоскость поляризации • поляризатор • поляризованный свет • неполяризованный свет

6 слайд
Дисперсия светанм нм света 760 400    Белый свет представляет собой набор волн различной длины. Свет, представляющий собой набор волн одинаковой длины – монохроматичный. Свет, представляющий собой набор волн различных длин – полихроматичный. (Белый свет является полихроматичным).

7 слайд
Дисперсия света Дисперсия – разложение света в спектр. От латинского слова dispersio – рассеяние. ИКУФ 400 нм 500 нм 600 нм 700 нм Длины волн в вакууме

8 слайд
Исаак Ньютон наблюдал дисперсию, пропуская свет через призму.

9 слайд
Эксперимент И. Ньютона

10 слайд
• Красный • Оранжевый • Желтый • Зеленый • Голубой • Синий • Фиолетовый

11 слайд
• Различным цветам соответствуют волны различной длины. Никакой определенной длины волны белому свету не соответствует.

12 слайд
Дисперсия света Причиной дисперсии является различие показателей преломления для волн разной длины. (сильнее всего преломляется фиолетовый свет, слабее всего преломляется красный свет).

13 слайд
Дисперсия светакр ф ср ср кр ф с n n n            ср ср ср ср п с с            0 ср ср п 0   

14 слайд
Дисперсия света Пример дисперсии света – радуга. (Разложение света в спектр происходит из-за преломления лучей сферическими капельками воды и отражения от их внутренней поверхности.) к наблюдателю капли водысолнечный свет

15 слайд
– – не что иное, какне что иное, как спектр солнечного света.спектр солнечного света. Он образован разложением белого света в каплях дождя как призмах. Из дождевых капель под разными углами преломления выходят широкие разноцветные пучки света . Наблюдатель, находясь вне зоны дождя, видит радугу на фоне облаков, освещаемых солнцем, на расстоянии 1 – 2 км. В это время Солнце стоит невысоко над горизонтом за спиной наблюдателя, а центр радуги – над горизонтом.

16 слайд
Как формируется радуга

17 слайд
Верхняя полоса у радуги – всегда красная и находится не выше 42 0 над горизонтом. Нижняя полоса – фиолетовая, а между ними находятся все остальные цвета. Чем выше Солнце над горизонтом, тем меньшую часть радуги мы видим над горизонтом. Когда Солнце находится выше 43 0 , тогда радуга не видна.

18 слайд
• Наблюдать радугу можно во время дождя при условии, что Солнце или источник света, близкий по спектру к солнечному, находится позади наблюдателя. Размер видимой части радуги зависит от положения Солнца относительно горизонта. • Вывод: явление радуги связано с явлениями преломления и отражения света. Явление дисперсии сильно увеличивает эффект радуги и позволяет видеть это прекрасное явление природы.

19 слайд
Радуга

20 слайд
Интерференция света Интерференция – явление сложения волн в пространстве. От латинских слов inter – взаимно, между собой и ferio – ударяю, поражаю. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн имели одинаковую частоту и разность фаз их колебаний была постоянна. Источники, удовлетворяющие этим условиям, называются когерентными. (От латинского слова cohaereus – взаимосвязанный).

21 слайд
Интерференция светахода разность d d d     1 2 Если волны приходят в точку А в одинаковой фаза, то в точке А наблюдается максимум – волны усиливают друг друга. d  1 d 2 d 1 S 2 S А Условие max : .... 3, 2, 1, 0    k k d  d  X 0 S1 2 итог

22 слайд
Интерференция светахода разность d d d     1 2 Если волны приходят в точку А в противоположных фазах, то в точке А наблюдается минимум – волны ослабляют друг друга. Условие min :   .... 3, 2, 1, 0 2 1 2     k k d  d  X S0 1 2 итог d  1 d 2 d 1 S 2 SА

23 слайд
Интерференция света

24 слайд
Наблюдение интерференции света

25 слайд
«Кольца Ньютона»

26 слайд

27 слайд

28 слайд
Интерференционная картина, созданная тонким слоем воздуха между двумя стеклянными пластинками

29 слайд
Интерференция в пленках

30 слайд
Структурная окраска

31 слайд

32 слайд

33 слайд

34 слайд

35 слайд

36 слайд
Мыльный пузырь

37 слайд

38 слайд
Интерференция света Одно из применений интерференции – просветление оптики.пленки пленки пленки пленки пленки n h n h n 4 2 2 2                 hn п n с 1 2 стекла пленки n n 

39 слайд
Просветление оптики

40 слайд
Дифракция Дифракция – явление огибания волной препятствия. От латинского слова difraktus – разломанный.

41 слайд
Дифракция была открыта Франческо Гримальди в конце XVII в. Объяснение явления дифракции света дано Томасом Юнгом и Огюстом Френелем , которые не только дали описание экспериментов по наблюдению явлений интерференции и дифракции света, но и объяснили свойство прямолинейности распространения света с позиций волновой теории

42 слайд
Дифракция min max Дифракция – результат интерференции вторичных волн.

43 слайд
Дифракция света 1802 г. Томас Юнг Изменяется ширина щелей

44 слайд
Дифракция света 1802 г. Томас Юнг Изменяется расстояние между щелями

45 слайд
Дифракция света Принцип Гюйгенса – Френеля: волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции. R S Bba

46 слайд
Дифракция от различных препятствий: а) от тонкой проволочки; б) от круглого отверстия; в) от круглого непрозрачного экрана.

47 слайд
Дифракционная решетка Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. d d – период (постоянная) дифракционной решетки. N – число штрихов на 1 м.N d 1    м d d 1 d 2 d 1 >d 2

48 слайд
Дифракционная решетка

49 слайд
Дифракционная решетка max или min     k d d d k d             sin sin d  0a L

50 слайд
    ~ sin sin k d  Дифракционная решетка  max или min 0a L d dL a d d L a               sin sin

51 слайд
Поляризация света Свет – электромагнитная волна – поперечная волна.

52 слайд
В 1669 г. датский учёный Эразм Бартолин сообщил о своих опытах с кристаллами известкового шпата (CaCO 3 ), чаще всего имеющими форму правильного ромбоэдра, которые привозили возвращающиеся из Исландии моряки. Он с удивлением обнаружил, что луч света при прохождении сквозь кристалл расщепляется на два луча.Если на толстый кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу.

53 слайд
В 1808 г. французский В 1808 г. французский физик Этьен Луи Малюс физик Этьен Луи Малюс сформулировал смысл сформулировал смысл явления поляризации явления поляризации света света -- выделение из выделение из естественного света лучей, естественного света лучей, имеющих упорядоченную имеющих упорядоченную структуру.структуру.

54 слайд
ОПЫТЫ С ТУРМАЛИНОМ Кристалл турмалина имеет ось симметрии и принадлежит к числу одноосных кристаллов. Возьмем прямоугольную пластину турмалина, вырезанную таким образом, чтобы одна из ее граней была параллельна оси кристалла. Если направить нормально на такую пластину пучок света, то вращение пластины вокруг пучка никакого изменения света, прошедшего через него, не вызовет. На первый взгляд может показаться, что свет частично поглотился в кристалле и больше ничего не произошло. Однако световая волна приобрела новые свойства.

55 слайд
Эти новые свойства обнаруживаются, если пучок заставить пройти через второй точно такой же кристалл турмалина, параллельный первому. При одинаково направленных осях кристалла ничего, кроме ослабления пучка не происходит. Если второй кристалл вращать, оставляя первый неподвижным, то обнаружится явление гашения света. По мере увеличения угла между осями интенсивность света уменьшается. Когда оси перпендикулярны друг другу, свет не проходит совсем.

56 слайд
Из описанных выше опытов следует два факта: СЛЕДСТВИЯ - Световая волна, идущая от источника света, полностью симметрична относительно направления распространения (при вращении кристалла вокруг луча в первом опыте не менялась) - Волна, вышедшая из первого кристалла, не обладает осевой симметрией.

57 слайд
Поляризация света Естественный (неполяризованный) свет – свет, в котором присутствуют все возможные направления вектора напряженности. Поляризованный свет – свет, в котором присутствует только одно направление вектора напряженности. Е Е ЕЕ

58 слайд
Поляризация света Свет поляризуется при прохождении через поляроид. Неполяризованный свет Поляризованный свет Свет не проходит

59 слайд
Поляризация света При отражении и преломлении свет поляризуется. Частичная поляризация Полная поляризация   Б    0 90 1          Б Б tg - угол Брюстера

60 слайд
Поляризация света Свет поляризуется - при прохождении через поляроид - при отражении и преломлении

61 слайд
Поляризация света Поляроид – вещество, вызывающее поляризацию света.

62 слайд
Поляроид • Представляет собой тонкую (0.1 мм) пленку кристаллов герапатита, нанесенную на целлулоид или стеклянную пластинку. • Прозрачные пленки (полимерные, монокристаллические и др.), преобразующие неполяризованный свет в линейно поляризованный, т.к. пропускают свет только одного направления поляризации. • Поляроиды изобретены американским ученым Э. Лэндом в 1932 .

63 слайд
Проверка на опытах поляризованности света, испускаемого различными источниками • Жидкокристаллический монитор даёт поляризованный свет. При повороте поляризатора он ослабляется, при повороте на 90  полностью гасится. • Поляризовано также излучение дисплея калькулятора. • Поляризован свет дисплея мобильного телефона. • Свет, отражённый от стекла, поляризован. Посмотрите на стекло через поляроид. Вращением поляроида добиваемся исчезновения бликов.

64 слайд
Жидкокристаллические мониторы и дисплеи

65 слайд
Поляризационные микроскопы В основе принципа действия поляризационных микроскопов лежит получение изображения исследуемого объекта при его облучении поляризационными лучами, которые в свою очередь должны быть сгенерированы из обычного света с помощью специального прибора — поляризатора.

66 слайд
Применяется в лабораториях пищевой, химической промышленности и других отраслях науки и производства для определения концентрации растворов оптически активных веществ, таких как сахар, глюкоза, белок, по углу вращения плоскости поляризации.

67 слайд
Солнцезащитные поляризационные и антибликовые очки • Безопасное вождение ночью, днем, в сумерки, туман и зимой. Поляризованные линзы снимают блики от лобового стекла, от мокрой дороги, от снега, защищают от фар встречных машин, снимают усталось, улучшают видимость в любую погоду. Они незаменимы для полярников, которым постоянно приходится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от заледеневшего снежного поля.

68 слайд
Обычные солнцезащитные очки просто затемняют видимую среду , не защищают от бликов . Очки с поляризационными линзами препятствуют проникновению отраженного от различных предметов света , пропускают только свет , полезный для глаза человека.