Лекция 7 Фотометрия. Волновая оптика. Интерференция световых волн.

1. Лекция 7Фотометрия.Волновая оптика.Интерференция световых волн.

2. ΔS r О Лекция 7.ФОТОМЕТРИЯОсновные понятия 1. Телесный угол: 2. Световой поток измеряется энергией, переносимой световыми волнами через данную площадку в единицу времени:

3. 3. Сила света - световой поток в единицу телесного угла: Полный световой поток, испускаемый изотропным источником света равен: 4. Светимость поверхности R численно равна световому потоку, испускаемому единичной площади светящегося тела: ЕСЛИ СВЕТИМОСТЬ ОБУСЛОВЛЕНА ОСВЕЩЕННОСТЬЮ, ТО R=ΡE; Ρ - КОЭФФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ, E– ОСВЕЩЕННОСТЬ.

4. n ΔΩ r α 5. Освещенность E характеризуется величиной светового потока, падающего под определенным углом на единицу площади поверхности 6. Яркостью светящейся поверхности называется величина, численно равная отношению силы света элемента излучающей поверхности dSк площади проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения

6. Сегодня: понедельник, 10 ноября 2014 г. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА Развитие взглядов на природу света Интерференция световых волн Опыт Юнга Когерентность и монохроматичность Методы наблюдения интерференции Интерференция в тонких пленках Применение интерференции света

7. Развитие взглядов на природу света Основные законы геометрической оптики известны ещё с древних времен. Так, Платон (430 г. до н.э.) установил закон прямолинейного распространения света. В трактатах Евклида формулируется закон прямолинейного распространения света и закон равенства углов падения и отражения. Аристотель и Птолемей изучали преломление света. В конце XVII века, на основе многовекового опыта и развития представлений о свете возникли две мощные теории света – корпускулярная (Ньютон-Декарт) и волновая (Юнг-Гюйгенс).

8. Ферма Пьер (1601 – 1665) – французский математик и физик. Родился в Бомон-де-Ломань. Получил юридическое образование. С 1631 г. был советником парламента в Тулузе. Физические исследования относятся в большинстве к оптике, где он установил (примерно в 1662 г.) основной принцип геометрической оптики (принцип Ферма).

9. Френель Огюст Жан (10.V.1788 - 14.VII.1827) - французский физик, член Парижской академии наук (с 1823 года). Научные работы посвящены физической оптике. Дополнил известный принцип Гюйгенса, введя так называемые зоны Френеля (принцип Гюйгенса - Френеля). Разработал в 1818 году теорию дифракции света. Член Лондонского королевского общества (с 1825 года).

10. Фраунгофер Йозеф (6.III.1787- 7.VI.1826) - немецкий физик. С 1823 года - профессор Мюнхенского университета. Научные работы относятся к физической оптике. Внёс существенный вклад в исследование дисперсии и создание ахроматическихлинз. Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах (так называемая дифракция Фраунгофера) сначала от одной щели, а потом от многих. Большой заслугой учёного является использование(с 1821 года) дифракционных решеток для исследования спектров (некоторые исследователи считают его изобретателем первой дифракционной решетки).

11. Гюйгенс Христиан (1629 – 1695), нидерландский ученый. В 1665 – 81 гг. работал в Париже. Изобрел (1657 г.) маятниковые часы со спусковым механизмом,установил законы колебаний физического маятника. Опубликовал созданную им в 1678 г. волновую теорию света, объяснил двойное лучепреломление. Усовершенствовал телескоп, сконструировал окуляр, названный его именем. Открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Автор одного из первых трудов по теории вероятностей (1657 г.).

12. Принцип Гюйгенса

13. а  схема опыта по интерференции света от двух щелей. б – распределение интенсивности, полученное на фотопленке, расположенной у второго экрана

15. Принцип Гюйгенса-Френеля  каждый элемент волновой поверхности dS служит источником вторичной сферической волны и эти источники когерентны

16. Интерференция световых волн Волновые свойства света наиболее отчетливо обнаруживают себя в интерференции и дифракции. Пусть две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одинакового направления.

17. Амплитуда результирующего колебания при сложении колебаний направленных вдоль одной прямой Если разность фаз колебаний возбужденных волнами в некоторой точке пространства остается постоянной во времени, то такие волны называются когерентными.

18. В случае некогерентных волн разность фаз непрерывно изменяется. Для некогерентных источников интенсивность результирующей волны всюду одинакова и, равна сумме интенсивностей, создаваемых каждой из волн в отдельности:

19. В случае когерентных волн (для каждой точки пространства) так, что Последнее слагаемое в этом выражении называется интерференционным членом. В точках пространства, где , ). (в максимуме , интенсивность

20. Некогерентность естественных источников света обусловлена тем, что излучение тела слагается из волн, испускаемыми многими атомами. Фазы каждого цуга волны никак не связаны друг с другом.Атомы излучают хаотически. Периодическая последовательность горбов и впадин волны и образующиеся в процессе акта излучения одного атома, называется цугом волн или волновым цугом. Процесс излучения одного атома длится примерно с. При этом, длина цуга длин волн. В одном цуге укладывается примерно

21. Условие максимума и минимума интерференции разности фаз двух когерентных волн – оптическая разность хода, L – оптическая длина пути.

22. Если разность хода равна целому числу длин волн в вакууме условиеинтерференционного максимума. Если оптическая разность хода условиеинтерференционного минимума.

23. Когерентность и монохроматичность Необходимым условием интерференции волн является их когерентность, т.е. согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов. Этому условию удовлетворяют монохроматические волны – одной определенной и строго постоянной частоты.

24. Показано, что волну можно приближенно считать монохроматической только в течение времени где – время когерентности немонохроматической волны. За промежуток времени разность фаз колебаний изменится на π. Время когерентности – время, по истечению которого разность фаз волны в некоторой, но одной и той же точке пространства, изменяется на π.

25. Два источника, размеры и взаимное расположение которых позволяют наблюдать интерференцию, называются пространственно-когерентными. Радиусом когерентности (или длиной пространственной когерентности) называется максимальное, поперечное направлению распространения волны расстояние, на котором возможно проявление интерференции.

26. Методы наблюдения интерференции Методы “деления волнового фронта” Опыт Юнга

27. Опыт Юнга Расстояние l от щелей, причем Показатель преломления среды – n.

28. максимумы интенсивности будут наблюдаться в случае, если (m = 0, 1, 2, …), а минимумы – в случае, если Расстояние между двумя соседними максимумами (или минимумами) равно ширина интерференционной полосы.

29. , Главный максимум, соответствующий проходит через точку О. Вверх и вниз от него располагаются максимумы (минимумы) первого ( ), второго ( ) порядков, и т. д.

30. Методы наблюдения интерференции Зеркала Френеля