Fie ca la un moment dat în spațiu O unda să se împartă în două coerente. Unul dintre ele trece pe calea S 1 într-un mediu cu indice de refracție n 1, iar al doilea - o cale S 2 într-un mediu cu indice n 2, după care undele sunt suprapuse în punctul P. Dacă la un moment dat în timp t fazele undei în punctul O sunt identice şi egale cu j 1 =j 2 =w t, atunci în punctul P fazele undelor vor fi, respectiv, egale

Unde v 1Şi v 2- viteze de fază în medii. Diferența de fază δ în punctul P va fi egală cu

În același timp v 1 =c/n 1 , v 2 =c/n 2. Înlocuind aceste mărimi în (2), obținem

Deoarece , unde l 0 este lungimea de undă a luminii în vid, atunci

Lungimea traseului optic Lîn acest mediu se numește produsul distanței S, trecut de lumină în mediu, la indicele absolut de refracție al mediului n:

L = Sn.

Astfel, din (3) rezultă că schimbarea de fază nu este determinată doar de distanță S, și lungimea căii optice Lîn acest mediu. Dacă un val trece prin mai multe medii, atunci L=Σn i S i. Dacă mediul este neomogen optic (n≠const), atunci .

Valoarea δ poate fi reprezentată ca:

Unde L 1Şi L 2– lungimi ale căilor optice în mediile relevante.

O valoare egală cu diferența dintre lungimile căii optice a două unde Δ opt = L 2 - L 1

numit diferența de cale optică. Atunci pentru δ avem:

Compararea lungimii căii optice a două unde interferente vă permite să preziceți rezultatul interferenței lor. În punctele pentru care

vor fi observate înalte(diferența de cale optică este egală cu un număr întreg de lungimi de undă în vid). Comanda maxima m arată câte lungimi de undă în vid alcătuiesc diferența optică în calea undelor interferente. Dacă condiția este îndeplinită pentru puncte

Din (4) rezultă că rezultatul adunării a două raze de lumină coerente depinde atât de diferența de cale, cât și de lungimea de undă a luminii. Lungimea de undă în vid este determinată de mărimea , unde Cu=310 8 m/s este viteza luminii în vid și – frecvența vibrațiilor luminii. Viteza luminii v în orice mediu transparent optic este întotdeauna mai mică decât viteza luminii în vid și raportul
numit densitatea optică mediu. Această valoare este numeric egală cu indicele absolut de refracție al mediului.

Frecvența vibrațiilor luminii determină culoare undă luminoasă. Când treceți dintr-un mediu în altul, culoarea nu se schimbă. Aceasta înseamnă că frecvența vibrațiilor luminii în toate mediile este aceeași. Dar apoi, când lumina trece, de exemplu, dintr-un vid într-un mediu cu indice de refracție n lungimea de undă trebuie să se schimbe
, care poate fi convertit astfel:

,

unde  0 este lungimea de undă în vid. Adică, atunci când lumina trece dintr-un vid într-un mediu optic mai dens, lungimea de undă a luminii este scade V n dată. Pe calea geometrică
într-un mediu cu densitate optică n se va potrivi

valuri (5)

Magnitudinea
numit lungimea căii optice lumina in materie:

Lungimea traseului optic
lumina dintr-o substanță este produsul lungimii traseului geometric în acest mediu și a densității optice a mediului:

.

Cu alte cuvinte (vezi relația (5)):

Lungimea căii optice a luminii într-o substanță este numeric egală cu lungimea căii în vid, pe care se potrivește același număr de unde luminoase ca și pe lungimea geometrică a substanței.

Deoarece rezultatul interferenţei depinde de schimbare de fazăîntre undele luminoase interferente, atunci este necesar să se evalueze rezultatul interferenței optic diferența de drum între două raze

,

care conţine acelaşi număr de valuri indiferent din densitatea optică mediu.

2.1.3.Interferența în pelicule subțiri

Împărțirea fasciculelor de lumină în „jumătăți” și apariția unui model de interferență este, de asemenea, posibilă în condiții naturale. Un „dispozitiv” natural pentru împărțirea fasciculelor de lumină în „jumătăți” sunt, de exemplu, peliculele subțiri. Figura 5 prezintă o peliculă subțire transparentă cu o grosime , față de care într-un unghi Un fascicul de raze de lumină paralele cade (o undă electromagnetică plană). Fasciculul 1 este parțial reflectat de pe suprafața superioară a filmului (fascicul 1) și parțial refractat în film

ki la unghiul de refracție . Fasciculul refractat este parțial reflectat de pe suprafața inferioară și iese din peliculă paralel cu fasciculul 1 (fascicul 2). Dacă aceste raze sunt îndreptate către o lentilă colectoare L, apoi pe ecranul E (în planul focal al lentilei) vor interfera. Rezultatul interferenței va depinde de optic diferența în calea acestor raze față de punctul de „diviziune”.
până la punctul de întâlnire
. Din figură este clar că geometric diferența de cale a acestor raze este egală cu diferența geom . =ABC-AD.

Viteza luminii în aer este aproape egală cu viteza luminii în vid. Prin urmare, densitatea optică a aerului poate fi luată ca unitate. Dacă densitatea optică a materialului film n, apoi lungimea căii optice a razei refractate din film ABCn. În plus, atunci când fasciculul 1 este reflectat dintr-un mediu optic mai dens, faza undei se schimbă în sens opus, adică jumătate de undă este pierdută (sau invers, câștigată). Astfel, diferența de cale optică a acestor raze ar trebui să fie scrisă sub formă

angro . = ABCn – AD  /  . (6)

Din figură este clar că ABC = 2d/cos r, A

AD = ACpăcat i = 2dtg rpăcat i.

Dacă punem densitatea optică a aerului n V=1, apoi cunoscut din curs şcolarlegea lui Snell dă pentru indicele de refracţie (densitatea optică a peliculei) dependenţa


. (6a)

Înlocuind toate acestea în (6), după transformări obținem următoarea relație pentru diferența de cale optică a razelor interferente:

Deoarece Când fasciculul 1 este reflectat din film, faza undei se schimbă în sens opus, apoi condițiile (4) pentru interferența maximă și minimă sunt inversate:

- stare max

- stare min. (8)

Se poate arăta că atunci când trecand lumina printr-o peliculă subțire produce, de asemenea, un model de interferență. În acest caz, nu va exista nicio pierdere a unei jumătăți de val și sunt îndeplinite condițiile (4).

Astfel, condițiile maxŞi min la interferența razelor reflectate dintr-o peliculă subțire, sunt determinate de relația (7) dintre patru parametri -
Rezultă că:

1) în lumină „complexă” (nemonocromatică), filmul va fi vopsit cu culoarea a cărei lungime de undă satisface conditia max;

2) modificarea înclinării razelor ( ), puteți modifica condițiile max, făcând filmul fie întunecat sau deschis, iar prin iluminarea filmului cu un fascicul divergent de raze luminoase, puteți obține dungi« panta egala", corespunzător condiției max după unghiul de incidență ;

3) dacă filmul are grosimi diferite în locuri diferite ( ), atunci va fi vizibil benzi de grosime egală, în care sunt îndeplinite condițiile max prin grosime ;

4) în anumite condiții (condiții min când razele sunt incidente vertical pe film), lumina reflectată de suprafețele filmului se va anula reciproc și reflexii nu va fi niciuna din film.

Lungimea traseului optic

Lungimea traseului opticîntre punctele A și B ale unui mediu transparent este distanța pe care lumina (radiația optică) s-ar propaga în vid în timpul trecerii sale de la A la B. Lungimea căii optice într-un mediu omogen este produsul distanței parcurse de lumină în un mediu cu indice de refracție n prin indice de refracție:

Pentru un mediu neomogen, este necesar să se împartă lungimea geometrică în intervale atât de mici încât indicele de refracție să poată fi considerat constant pe acest interval:

Lungimea totală a căii optice este găsită prin integrare:


Fundația Wikimedia.

2010.

    Produsul dintre lungimea traiectoriei unui fascicul de lumină și indicele de refracție al mediului (calea pe care lumina ar parcurge-o în același timp, propagăndu-se în vid) ... Dicţionar enciclopedic mare

    Între punctele A și B ale unui mediu transparent, distanța pe care lumina (radiația optică) s-ar răspândi în vid în același timp în care este nevoie pentru a călători de la A la B în mediu. Deoarece viteza luminii în orice mediu este mai mică decât viteza sa în vid, O. d ... Enciclopedie fizică

    Cea mai scurtă distanță parcursă de frontul de undă al radiației unui transmițător de la fereastra de ieșire la fereastra de intrare a receptorului. Sursa: NPB 82 99 EdwART. Dicționar de termeni și definiții pentru echipamente de securitate și protecție împotriva incendiilor, 2010 ... Dicţionar de situaţii de urgenţă

    lungimea căii optice- (s) Suma produselor distanțelor parcurse de radiația monocromatică în diverse medii și indicii de refracție corespunzători acestor medii. [GOST 7601 78] Subiecte: optică, instrumente optice și măsurători Termeni optici generali... ... Ghidul tehnic al traducătorului

    Produsul lungimii căii unui fascicul de lumină și indicele de refracție al mediului (calea pe care lumina ar parcurge-o în același timp, propagăndu-se în vid). * * * LUNGIME CALEI OPTICE LUNGIME CALEI OPTICE, produsul lungimii căii a fasciculului luminos prin... ... Dicţionar enciclopedic

    lungimea căii optice- optinis kelio ilgis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. lungimea căii optice vok. optische Weglänge, f rus. lungimea căii optice, f pranc. longueur de trajet optique, f … Fizikos terminų žodynas

    Calea optică, între punctele A și B ale mediului transparent; distanța pe care lumina (radiația optică) s-ar răspândi în vid în timpul trecerii sale de la A la B. Deoarece viteza luminii în orice mediu este mai mică decât viteza sa în ... ... Marea Enciclopedie Sovietică

    Produsul dintre lungimea traiectoriei unui fascicul de lumină și indicele de refracție al mediului (calea pe care lumina ar parcurge-o în același timp, propagăndu-se în vid) ... Știința naturii. Dicţionar enciclopedic

    Conceptul de geom. iar optica undelor, este exprimată prin suma produselor distanțelor! străbătută de radiaţii în diferite medii, la indicii de refracție corespunzători ai mediilor. O.D.P este egală cu distanța pe care lumina ar parcurge în același timp, răspândindu-se în... ... Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary

    Lungimea traseului dintre punctele A și B ale unui mediu transparent este distanța pe care lumina (radiația optică) s-ar răspândi în vid în același timp necesar pentru a călători de la A la B în mediu. Deoarece viteza luminii în orice mediu este mai mică decât viteza ei în vid... Enciclopedie fizică

Definiția 1

Optica- una dintre ramurile fizicii care studiază proprietățile și natura fizică a luminii, precum și interacțiunile acesteia cu substanțele.

Această secțiune este împărțită în trei părți mai jos:

  • optica geometrică sau, așa cum este numită și, optică cu raze, care se bazează pe conceptul de raze de lumină, de unde provine și numele;
  • optica undelor, studiază fenomenele în care se manifestă proprietățile ondulatorii ale luminii;
  • Optica cuantică are în vedere astfel de interacțiuni ale luminii cu substanțe în care proprietățile corpusculare ale luminii se fac cunoscute.

În capitolul curent vom lua în considerare două subsecțiuni ale opticii. Proprietăți corpusculare luminile vor fi discutate în capitolul cinci.

Cu mult înainte ca înțelegerea adevăratei naturi fizice a luminii să apară, omenirea cunoștea deja legile de bază ale opticii geometrice.

Legea propagării rectilinie a luminii

Definiția 1

Legea propagării rectilinie a luminii afirmă că într-un mediu optic omogen, lumina se propagă în linie dreaptă.

Acest lucru este confirmat de umbrele ascuțite care sunt aruncate de corpurile opace atunci când sunt iluminate folosind o sursă de lumină de dimensiuni relativ mici, adică așa-numita „sursă punctuală”.

O altă dovadă constă într-un experiment destul de cunoscut privind trecerea luminii dintr-o sursă îndepărtată printr-o gaură mică, rezultând un fascicul de lumină îngust. Această experiență ne duce la ideea unui fascicul de lumină ca o linie geometrică de-a lungul căreia se propagă lumina.

Definiția 2

Este de remarcat faptul că însuși conceptul de rază de lumină, împreună cu legea propagării rectilinie a luminii, își pierde tot sensul dacă lumina trece prin găuri ale căror dimensiuni sunt similare cu lungimea de undă.

Pe baza acestui fapt, optica geometrică, care se bazează pe definiția razelor de lumină, este cazul limitativ al opticii unde la λ → 0, al cărei scop va fi luat în considerare în secțiunea despre difracția luminii.

La interfața dintre două medii transparente, lumina poate fi reflectată parțial în așa fel încât o parte din energia luminii să fie disipată după reflectare într-o nouă direcție, în timp ce cealaltă va trece granița și își va continua propagarea în al doilea mediu.

Legea reflexiei luminii

Definiția 3

Legea reflexiei luminii, se bazează pe faptul că razele incidente și reflectate, precum și perpendiculara pe interfața dintre cele două medii, reconstruite în punctul de incidență al razei, se află în același plan (planul de incidență). În acest caz, unghiurile de reflexie și de incidență, γ și respectiv α, sunt valori egale.

Legea refracției luminii

Definiția 4

Legea refracției luminii, se bazează pe faptul că razele incidente și refractate, precum și perpendiculara pe interfața dintre două medii, reconstruite în punctul de incidență al razei, se află în același plan. Raportul dintre unghiul de incidență sin α și unghiul sin de refracție β este o valoare care este constantă pentru cele două medii date:

sin α sin β = n .

Omul de știință W. Snell a stabilit experimental legea refracției în 1621.

Definiția 5

Constant n – este indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul.

Definiția 6

Indicele de refracție al unui mediu în raport cu vidul se numește - indicele absolut de refracție.

Definiția 7

Indicele de refracție relativ al două medii este raportul indicilor absoluti de refracție ai acestor medii, adică:

Legile refracției și reflexiei își găsesc sensul în fizica undelor. Pe baza definițiilor sale, refracția este rezultatul transformării vitezei de propagare a undelor în timpul tranziției dintre două medii.

Definiția 8

Semnificația fizică a indicelui de refracție este raportul dintre viteza de propagare a undei în primul mediu υ 1 și viteza în al doilea υ 2:

Definiția 9

Indicele de refracție absolut este echivalent cu raportul vitezei luminii în vid c la viteza luminii v în mediu:

În figura 3. 1. 1 ilustrează legile reflexiei și refracției luminii.

Figura 3. 1. 1. Legile reflexiei υ refracția: γ = α; n 1 sin α = n 2 sin β.

Definiția 10

Un mediu al cărui indice absolut de refracție este mai mic este optic mai puțin dens.

Definiția 11

În condiții de tranziție luminoasă de la un mediu inferior ca densitate optică la altul (n 2< n 1) мы получаем возможность наблюдать явление исчезновения преломленного луча.

Acest fenomen poate fi observat la unghiuri de incidență care depășesc un anumit unghi critic α p r. Acest unghi este numit unghiul limitator al reflexiei interne totale (vezi Fig. 3, 1, 2).

Pentru unghiul de incidență α = α p sin β = 1 ; valoarea sin α p p = n 2 n 1< 1 .

Cu condiția ca al doilea mediu să fie aer (n 2 ≈ 1), atunci egalitatea poate fi rescrisă ca: sin α p p = 1 n, unde n = n 1 > 1 este indicele de refracție absolut al primului mediu.

În condițiile interfeței sticlă-aer, unde n = 1,5, unghiul critic este α p p = 42 °, în timp ce pentru interfața apă-aer n = 1, 33 și α p p = 48 , 7 ° .

Figura 3. 1. 2. Reflexia internă totală a luminii la interfața apă-aer; S – sursă de lumină punctuală.

Fenomenul de reflexie internă totală este utilizat pe scară largă în multe dispozitive optice. Unul dintre astfel de dispozitive este un ghid de lumină din fibră - fire subțiri, curbate aleatoriu, realizate din material transparent optic, în interiorul cărora lumina care intră la capăt se poate răspândi pe distanțe enorme. Această invenție a devenit posibilă numai datorită aplicării corecte a fenomenului de reflexie internă totală din suprafețele laterale (Fig. 3. 1. 3).

Definiția 12

Fibră optică este o direcție științifică și tehnică bazată pe dezvoltarea și utilizarea fibrelor optice.

Desen 3 . 1 . 3 . Propagarea luminii într-un ghid de lumină cu fibre. Când fibra este puternic îndoită, legea reflexiei interne totale este încălcată, iar lumina iese parțial din fibră prin suprafața laterală.

Desen 3 . 1 . 4 . Model de reflexie și refracție a luminii.

Dacă observați o eroare în text, vă rugăm să o evidențiați și să apăsați Ctrl+Enter