Geometrik va to'lqinli optika. Ushbu yondashuvlarni qo'llash shartlari (to'lqin uzunligi va ob'ektning o'lchami nisbatidan). To'lqin kogerentligi. Fazoviy va vaqt uyg'unligi tushunchasi. majburiy emissiya. Lazer nurlanishining xususiyatlari. Lazerning tuzilishi va ishlash printsipi.

Yorug'lik to'lqin hodisasi bo'lganligi sababli interferensiya yuzaga keladi, buning natijasida cheklangan yorug'lik nuri bir yo'nalishda tarqalmaydi, lekin cheklangan burchak taqsimotiga ega, ya'ni diffraktsiya sodir bo'ladi. Biroq, yorug'lik nurlarining xarakterli ko'ndalang o'lchamlari to'lqin uzunligiga nisbatan etarlicha katta bo'lgan hollarda, yorug'lik nurlarining divergentsiyasini e'tiborsiz qoldirib, u bitta yo'nalishda: yorug'lik nuri bo'ylab tarqaladi deb taxmin qilish mumkin.

To'lqin optikasi - yorug'likning to'lqin tabiatini hisobga olgan holda tarqalishini tavsiflovchi optika bo'limi. To'lqin optikasi hodisalari - interferentsiya, difraksiya, qutblanish va boshqalar.

To'lqin aralashuvi - bir vaqtning o'zida kosmosda tarqaladigan ikki yoki undan ortiq kogerent to'lqinlar amplitudasining o'zaro kuchayishi yoki susayishi.

To'lqinlar diffraksiyasi - bu to'lqinlarning tarqalishi paytida geometrik optika qonunlaridan chetga chiqish sifatida namoyon bo'ladigan hodisa.

Polarizatsiya - har qanday ob'ektlarni, asosan, kosmosda ajratish bilan bog'liq jarayonlar va holatlar.

Fizikada kogerentlik bir necha tebranish yoki toʻlqin jarayonlarining vaqt boʻyicha oʻzaro bogʻliqligi (konsistentligi) boʻlib, ular qoʻshilganda oʻzini namoyon qiladi. Tebranishlar kogerent bo'ladi, agar ularning fazalari orasidagi farq vaqt bo'yicha doimiy bo'lsa va tebranishlar qo'shilganda bir xil chastotali tebranish olinadi.

Agar ikkita tebranishning fazalar farqi juda sekin o'zgarsa, u holda tebranishlar ma'lum vaqt davomida kogerent bo'lib qoladi deyiladi. Bu vaqt kogerentlik vaqti deb ataladi.

Fazoviy kogerentlik - to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar tekislikning turli nuqtalarida bir vaqtning o'zida sodir bo'ladigan tebranishlarning kogerentligi.

Rag'batlantirilgan emissiya - induktsiyalovchi foton ta'sirida kvant tizimining (atom, molekula, yadro va boshqalar) qo'zg'aluvchan holatdan barqaror holatga (pastki energiya darajasi) o'tishi jarayonida yangi fotonning hosil bo'lishi, energiya. bu energiya darajasidagi farqga teng edi. Yaratilgan foton induksion foton bilan bir xil energiya, impuls, faza va polarizatsiyaga ega (u so'rilmaydi).

Lazer nurlanishi uzluksiz bo'lishi mumkin, doimiy quvvatga ega yoki impulsli bo'lib, juda yuqori cho'qqi quvvatlariga etadi. Ba'zi sxemalarda lazerning ishchi elementi boshqa manbadan nurlanish uchun optik kuchaytirgich sifatida ishlatiladi.

Lazerning ishlashining jismoniy asosi stimulyatsiya qilingan (induktsiyalangan) nurlanish hodisasidir. Hodisaning mohiyati shundan iboratki, hayajonlangan atom boshqa fotonning ta'siri ostida fotonni yutmasdan chiqarishga qodir, agar ikkinchisining energiyasi atomdan oldingi va keyingi atom darajalari energiyalaridagi farqga teng bo'lsa. emissiya. Bunday holda, chiqarilgan foton nurlanishni keltirib chiqaradigan fotonga mos keladi (bu uning "aniq nusxasi"). Shu tarzda yorug'lik kuchayadi. Bu hodisa spontan emissiyadan farq qiladi, bunda chiqarilgan fotonlar tarqalish, qutblanish va fazaning tasodifiy yo'nalishlariga ega.

Barcha lazerlar uchta asosiy qismdan iborat:

faol (ish) muhiti;

nasos tizimlari (energiya manbai);

optik rezonator (agar lazer kuchaytirgich rejimida ishlayotgan bo'lsa, yo'q bo'lishi mumkin).

Ularning har biri lazerning o'ziga xos funktsiyalarini bajarish uchun ishlashini ta'minlaydi.

Geometrik optika. Umumiy ichki aks ettirish hodisasi. Umumiy aks ettirishning cheklovchi burchagi. Nurlarning yo'nalishi. optik tolali.

Geometrik optika — optikaning shaffof muhitda yorugʻlikning tarqalish qonuniyatlarini va yorugʻlikning optik tizimlarda oʻtishi jarayonida uning toʻlqin xossalarini hisobga olmagan holda tasvirlarni qurish tamoyillarini oʻrganuvchi optika boʻlimi.

To'liq ichki ko'zgu - bu tushish burchagi ba'zi bir kritik burchakdan oshib ketganda, ichki aks ettirishdir. Bunday holda, hodisa to'lqini to'liq aks etadi va aks ettirish koeffitsientining qiymati jilolangan yuzalar uchun eng yuqori qiymatlaridan oshadi. Umumiy ichki aks ettirish uchun aks ettirish koeffitsienti to'lqin uzunligiga bog'liq emas.

Umumiy ichki aks ettirishning cheklovchi burchagi

Singan nur optik jihatdan zichroq muhitga o'tmasdan, ikkita muhit orasidagi interfeys bo'ylab siljiy boshlagan tushish burchagi

Ray yo'li nometall, prizma va linzalarda

Nuqtali manbadan keladigan yorug'lik nurlari barcha yo'nalishlarda tarqaladi. Optik tizimlarda orqaga egilib, media orasidagi interfeysdan aks ettirilgan nurlarning bir qismi yana bir nuqtada kesishishi mumkin. Nuqta nuqta tasviri deyiladi. Nur ko'zgularga teskari tushganda, qonun bajariladi: "akslanayotgan nur har doim tushayotgan nur bilan bir xil tekislikda yotadi va tushish nuqtasidan o'tadigan sakrab tushuvchi sirtga normal va undan tushish burchagi ayiriladi. bu normal sakrash burchagiga teng."

Optik tolali - bu atama degan ma'noni anglatadi

optik tolalarda yuzaga keladigan va sodir bo'ladigan fizik hodisalarni o'rganadigan optikaning bo'limi yoki

optik tolalar asosidagi komponentlarni o'z ichiga olgan nozik muhandislik sanoati mahsulotlari.

Optik tolali qurilmalarga lazerlar, kuchaytirgichlar, multipleksorlar, demultipleksatorlar va boshqalar kiradi. Optik tolali komponentlarga izolyatorlar, oynalar, konnektorlar, ajratgichlar va boshqalar kiradi.Optik tolali qurilmaning asosi uning optik sxemasi - ma'lum bir ketma-ketlikda ulangan optik tolali komponentlar to'plamidir. Optik sxemalar yopiq yoki ochiq, teskari aloqa bilan yoki aloqasiz bo'lishi mumkin.

Yorug'likning ma'lum bir tushish burchagida $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$, bu deyiladi. cheklash burchagi, sinish burchagi $\frac(\pi )(2),\ $ ga teng, bu holda singan nur muhitlar orasidagi interfeys bo'ylab siljiydi, shuning uchun singan nur yo'q. U holda, sinish qonunidan shuni yozishimiz mumkin:

1-rasm.

To'liq aks ettirishda tenglama quyidagicha bo'ladi:

sinish burchagining haqiqiy qiymatlari mintaqasida yechimga ega emas ($(\alfa )_(pr)$). Bu holda, $cos((\alpha )_(pr))$ faqat xayoliydir. Agar Fresnel formulalariga murojaat qilsak, ularni quyidagi shaklda ifodalash qulaydir:

bu yerda tushish burchagi $\alpha $ (qisqalik uchun) bilan belgilanadi, $n$ yorugʻlik tarqaladigan muhitning sindirish koʻrsatkichi.

Fresnel formulalari shuni ko'rsatadiki, modullar $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right|=\ chap |E_(otr//)\right|$ aks ettirish "to'liq" degan ma'noni anglatadi.

Izoh 1

Shuni ta'kidlash kerakki, bir hil bo'lmagan to'lqin ikkinchi muhitda yo'qolmaydi. Shunday qilib, agar $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ hech qanday holat yo'q. Fresnel formulalari monoxromatik maydon, ya'ni barqaror jarayon uchun amal qiladi. Bunda energiyaning saqlanish qonuni ikkinchi muhitda energiyaning davrdagi oʻrtacha oʻzgarishi nolga teng boʻlishini talab qiladi. To'lqin va energiyaning tegishli qismi interfeys orqali ikkinchi muhitga to'lqin uzunligi tartibidagi sayoz chuqurlikka kirib boradi va unda to'lqinning faza tezligidan kamroq bo'lgan faza tezligi bilan interfeysga parallel ravishda harakatlanadi. ikkinchi vosita. U birinchi muhitga kirish nuqtasidan ofset qilingan nuqtada qaytadi.

To'lqinning ikkinchi muhitga kirib borishini tajribada kuzatish mumkin. Ikkinchi muhitdagi yorug'lik to'lqinining intensivligi faqat to'lqin uzunligidan kichikroq masofalarda seziladi. To'liq aks etuvchi yorug'lik to'lqini tushadigan interfeys yaqinida, ikkinchi muhitning yon tomonida, agar ikkinchi muhitda lyuminestsent modda bo'lsa, yupqa qatlamning porlashi ko'rinadi.

To'liq aks ettirish yer yuzasi yuqori haroratda bo'lganida saroblarning paydo bo'lishiga olib keladi. Shunday qilib, bulutlardan keladigan yorug'likning to'liq aks etishi isitiladigan asfalt yuzasida ko'lmaklar borligi haqidagi taassurotga olib keladi.

Oddiy aks ettirishda $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ va $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ munosabatlari har doim haqiqiydir. . To'liq aks ettirishda ular murakkabdir. Bu shuni anglatadiki, bu holda to'lqin fazasi noldan yoki $\pi $ dan farq qilgan holda sakrashga duchor bo'ladi. Agar to'lqin tushish tekisligiga perpendikulyar qutblangan bo'lsa, biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:

bu yerda $(\delta )_(\bot )$ - kerakli fazaga sakrash. Haqiqiy va xayoliy qismlarni tenglashtirib, bizda quyidagilar mavjud:

(5) ifodalardan biz quyidagilarni olamiz:

Shunga ko'ra, tushish tekisligida qutblangan to'lqin uchun quyidagilar olinishi mumkin:

Faza sakrashlari $(\delta )_(//)$ va $(\delta )_(\bot )$ bir xil emas. Aks ettirilgan to'lqin elliptik qutblangan bo'ladi.

To'liq aks ettirishni qo'llash

Faraz qilaylik, ikkita bir xil muhit nozik havo bo'shlig'i bilan ajratilgan. Unga yorug'lik to'lqini chegaradan kattaroq burchak ostida tushadi. U bir hil bo'lmagan to'lqin sifatida havo bo'shlig'iga kirib borishi mumkin. Agar bo'shliq qalinligi kichik bo'lsa, unda bu to'lqin moddaning ikkinchi chegarasiga etib boradi va juda zaiflashmaydi. Havo bo'shlig'idan moddaga o'tib, to'lqin yana bir hilga aylanadi. Bunday tajriba Nyuton tomonidan amalga oshirildi. Olim to‘rtburchak prizmaning gipotenuza yuziga sharsimon sayqallangan boshqa prizmani bosdi. Bunday holda, yorug'lik ikkinchi prizmaga nafaqat ular tegadigan joyda, balki kontaktning atrofidagi kichik halqada, bo'shliq qalinligi uzun to'lqin uzunligi bilan taqqoslanadigan joyda ham o'tdi. Agar kuzatuvlar oq nurda amalga oshirilgan bo'lsa, unda halqaning qirrasi qizg'ish rangga ega edi. Bu shunday bo'lishi kerak, chunki penetratsiya chuqurligi to'lqin uzunligiga mutanosibdir (qizil nurlar uchun u ko'k nurlarga qaraganda kattaroqdir). Bo'shliqning qalinligini o'zgartirish orqali uzatiladigan yorug'lik intensivligini o'zgartirish mumkin. Bu hodisa Zeiss tomonidan patentlangan engil telefonning asosini tashkil etdi. Ushbu qurilmada shaffof membrana unga tushgan tovush ta'sirida tebranuvchi vosita sifatida ishlaydi. Havo bo'shlig'idan o'tadigan yorug'lik tovush kuchining o'zgarishi bilan vaqt o'tishi bilan intensivlikni o'zgartiradi. Fotoselga tushib, u tovush kuchining o'zgarishiga qarab o'zgarib turadigan o'zgaruvchan tok hosil qiladi. Olingan oqim kuchayadi va undan keyin ishlatiladi.

Yupqa bo'shliqlar orqali to'lqinning kirib borishi hodisalari optikaga xos emas. Bu har qanday tabiatdagi to'lqin uchun mumkin, agar bo'shliqdagi faza tezligi muhitdagi faza tezligidan yuqori bo'lsa. Bu hodisa yadro va atom fizikasida katta ahamiyatga ega.

Yorug'likning tarqalish yo'nalishini o'zgartirish uchun umumiy ichki aks ettirish hodisasi qo'llaniladi. Buning uchun prizmalardan foydalaniladi.

1-misol

Mashq: Ko'pincha uchraydigan to'liq aks ettirish hodisasiga misol keltiring.

Yechim:

Bunday misol keltirish mumkin. Agar avtomagistral juda issiq bo'lsa, u holda havo harorati asfalt yuzasi yaqinida maksimal bo'ladi va yo'ldan masofa oshgani sayin pasayadi. Bu shuni anglatadiki, havoning sinishi ko'rsatkichi sirtda minimal bo'lib, masofa oshgani sayin ortadi. Natijada, magistral yuzasiga nisbatan kichik burchakka ega bo'lgan nurlar to'liq aks etadi. Agar siz e'tiboringizni mashinada haydash paytida magistralning tegishli qismiga qaratsangiz, ancha oldinda teskari ketayotgan mashinani ko'rishingiz mumkin.

2-misol

Mashq: Agar kristall yuzasiga tushadigan yorug'lik dastasi uchun Brewster burchagi havo-kristal interfeysida ushbu nurning to'liq aks etishining cheklash burchagi 400 bo'lsa?

Yechim:

\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\chap(2.2\o'ng).\]

(2.1) ifodadan bizda:

Biz (2.3) ifodaning o'ng tomonini (2.2) formulaga almashtiramiz, kerakli burchakni ifodalaymiz:

\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left((\alpha )_(pred)\right)\ ))\o'ng).\]

Keling, hisob-kitoblarni bajaramiz:

\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left(40()^\circ \right)\ ))\o'ng)\taxminan 57()^\circ .\]

Javob:$(\alfa)_b=57()^\circ .$

To'liq aks ettirishning cheklovchi burchagi 90 graduslik sinishi burchagiga mos keladigan ikkita muhit orasidagi interfeysga yorug'lik tushish burchagidir.

Optik tolali optika - optik tolalarda yuzaga keladigan va sodir bo'ladigan fizik hodisalarni o'rganadigan optikaning bir bo'limi.

4. Optik bir jinsli bo'lmagan muhitda to'lqinlarning tarqalishi. Nurlarning egriligini tushuntirish. Saroblar. Astronomik sinishi. Radioto'lqinlar uchun bir hil bo'lmagan muhit.

Miraj - bu atmosferadagi optik hodisa: zichlikdagi keskin farq qiluvchi havo qatlamlari orasidagi chegarada yorug'likning aks etishi. Kuzatuvchi uchun bunday aks ettirish uzoqdagi ob'ekt (yoki osmonning bir qismi) bilan birgalikda uning ob'ektga nisbatan joyidan siljigan xayoliy tasvirining ko'rinishidan iborat. Mirajlar pastki, ob'ekt ostida ko'rinadigan, yuqori, ob'ekt ustida va yon tomonlarga bo'linadi.

past sarob

Haddan tashqari qizib ketgan tekis sirt ustida, ko'pincha cho'l yoki asfalt yo'lda juda katta vertikal harorat gradienti (balandligi bilan tushishi) bilan kuzatiladi. Osmonning xayoliy tasviri yer yuzasida suvning illyuziyasini yaratadi. Xullas, yozning jazirama kunida uzoqqa boradigan yo'l ho'l bo'lib ko'rinadi.

ustun sarob

U sovuq er yuzasida inversion harorat taqsimoti bilan kuzatiladi (u balandligi bilan o'sadi).

Fata Morgana

Ob'ektlarning ko'rinishi keskin buzilgan sarobning murakkab hodisalari Fata Morgana deb ataladi.

hajmli sarob

Tog'larda, ma'lum sharoitlarda, juda kamdan-kam hollarda, "buzilgan o'zini" juda yaqin masofada ko'rishingiz mumkin. Bu hodisa havoda "turg'un" suv bug'ining mavjudligi bilan izohlanadi.

Astronomik sinishi - atmosferadan o'tayotganda osmon jismlaridan yorug'lik nurlarining sinishi hodisasi / Sayyora atmosferalarining zichligi har doim balandlik bilan kamayib borgani uchun, yorug'likning sinishi shunday sodir bo'ladiki, uning qavariqligi bilan hamma joyda egri chiziq. holatlar zenitga qaraydi. Shu munosabat bilan sinishi har doim samoviy jismlarning tasvirlarini haqiqiy holatidan yuqoriga "ko'taradi".

Sinishi Yerda bir qator optik-atmosfera ta'sirini keltirib chiqaradi: o'sish kunning uzunligi quyosh diskining sinishi tufayli ufqdan yuqoriga ko'tarilishi, geometrik mulohazalar asosida Quyosh chiqishi kerak bo'lgan momentdan bir necha daqiqa oldin ko'tarilishi tufayli; Oy va Quyoshning ko'rinadigan disklarini ufqqa yaqin tekislash, disklarning pastki qirrasi yuqoridan yuqoriroq sinishi tufayli ko'tariladi; yulduzlarning miltillashi va hokazo. Turli toʻlqin uzunlikdagi yorugʻlik nurlarining sinishidagi farq (koʻk va binafsha nurlar qizildan koʻra koʻproq ogʻish) tufayli ufq yaqinida osmon jismlarining yaqqol koʻrinadigan boʻyalishi sodir boʻladi.

5. Chiziqli qutblangan to'lqin haqida tushuncha. Tabiiy yorug'likning polarizatsiyasi. qutbsiz nurlanish. dikroik polarizatorlar. Polarizator va yorug'lik analizatori. Malus qonuni.

To'lqinlarning polarizatsiyasi- buzilishlarni taqsimlash simmetriyasini buzish hodisasi ko'ndalang to'lqin (masalan, elektromagnit to'lqinlardagi elektr va magnit maydonlarining kuchi) uning tarqalish yo'nalishiga nisbatan. DA uzunlamasına To'lqinda qutblanish paydo bo'lishi mumkin emas, chunki bu turdagi to'lqinlardagi buzilishlar har doim tarqalish yo'nalishiga to'g'ri keladi.

chiziqli - buzilishning tebranishlari bir tekislikda sodir bo'ladi. Bunday holda, kimdir gapiradi tekislik qutblangan to'lqin";

dumaloq - amplituda vektorining oxiri tebranish tekisligidagi doirani tasvirlaydi. Vektorning aylanish yo'nalishiga qarab, to'g'ri yoki chap.

Yorug'likning qutblanishi - yorug'lik ma'lum moddalardan o'tganda (sinishi paytida) yoki yorug'lik oqimi aks ettirilganda yorug'lik to'lqinining elektr maydonining kuchlanish vektorining tebranishlarini tartibga solish jarayoni.

Dikroik polarizator molekulalari yoki molekulalarning bo'laklari tekis tuzilishga ega bo'lgan kamida bitta dikroik organik moddani o'z ichiga olgan plyonkani o'z ichiga oladi. Filmning hech bo'lmaganda bir qismi kristalli tuzilishga ega. Dikroik modda 400 - 700 nm va/yoki 200 - 400 nm va 0,7 - 13 mkm spektral diapazonlarda spektral yutilish egri chizig'ining kamida bitta maksimaliga ega. Polarizatorni ishlab chiqarishda substratga dikroik organik moddani o'z ichiga olgan plyonka qo'llaniladi, unga yo'naltiruvchi effekt qo'llaniladi va quritiladi. Bunday holda, plyonkani qo'llash shartlari va yo'naltiruvchi effektning turi va kattaligi shunday tanlanadiki, 0,7 - 13 mkm spektral diapazonda spektral yutilish egri chizig'ida kamida bitta maksimalga mos keladigan plyonkaning tartib parametri bo'lishi kerak. qiymati kamida 0,8. Filmning hech bo'lmaganda bir qismining kristalli tuzilishi dikroik organik molekulalar tomonidan hosil qilingan uch o'lchamli kristall panjaradir. TA'SIR: polarizator ishining spektral diapazonini kengaytirish, uning qutblanish xususiyatlarini bir vaqtning o'zida yaxshilash.

Malus qonuni - chiziqli qutblangan yorug'lik qutblanishdan o'tgandan so'ng intensivligining tushayotgan yorug'likning qutblanish tekisliklari orasidagi burchakka bog'liqligini ifodalovchi fizik qonun.

qayerda I 0 - polarizatorga tushgan yorug'lik intensivligi, I polarizatordan chiqadigan yorug'likning intensivligi, k a- polarizatorning shaffoflik koeffitsienti.

6. Brewster fenomeni. Elektr vektori tushish tekisligida joylashgan to'lqinlar va elektr vektori tushish tekisligiga perpendikulyar bo'lgan to'lqinlar uchun aks ettirish koeffitsienti uchun Fresnel formulalari. Ko'zgu koeffitsientlarining tushish burchagiga bog'liqligi. Aks ettirilgan to'lqinlarning qutblanish darajasi.

Brewster qonuni - optika qonuni bo'lib, sinishi ko'rsatkichining shunday burchak bilan bog'liqligini ifodalaydi, bunda interfeysdan aks ettirilgan yorug'lik tushish tekisligiga perpendikulyar tekislikda to'liq qutblanadi, singan nur esa qisman qutblanadi. tushish tekisligi va singan nurning qutblanishi eng katta qiymatga etadi. Bu holda aks ettirilgan va singan nurlar o'zaro perpendikulyar ekanligini aniqlash oson. Tegishli burchak Brewster burchagi deb ataladi. Brewster qonuni: , qayerda n 21 - ikkinchi muhitning birinchisiga nisbatan sinishi ko'rsatkichi, th Br tushish burchagi (Brewster burchagi). KBV chizig'idagi hodisa (U pastga) va aks ettirilgan (U ref) to'lqinlarning amplitudalari bilan u quyidagilar bilan bog'liq:

K bv \u003d (U pad - U neg) / (U pad + U neg)

Kuchlanishni aks ettirish koeffitsienti (K U) orqali KBV quyidagicha ifodalanadi:

K bv \u003d (1 - K U) / (1 + K U) Yukning sof faol tabiati bilan KBV quyidagilarga teng:

K bv \u003d R / r da R< ρ или

K bv = r / R da R ≥ r

bu erda R - yukning faol qarshiligi, r - chiziqning to'lqin qarshiligi

7. Yorug`lik interferensiyasi haqida tushuncha. Polarizatsiya chiziqlari bir-biriga to'g'ri keladigan ikkita kogerent va kogerent to'lqinlarning qo'shilishi. Ikki kogerent to'lqinning qo'shilishi natijasida hosil bo'lgan to'lqin intensivligining ularning fazalari farqiga bog'liqligi. To'lqinlar yo'lidagi geometrik va optik farq tushunchasi. Interferensiyaning maksimal va minimumlarini kuzatishning umumiy shartlari.

Yorug'lik interferensiyasi - bu ikki yoki undan ortiq yorug'lik to'lqinlari intensivligining chiziqli bo'lmagan qo'shilishi. Bu hodisa intensivlik maksimal va minimal kosmosda almashinishi bilan birga keladi. Uning taqsimlanishi interferentsiya sxemasi deb ataladi. Yorug'lik aralashganda, energiya kosmosda qayta taqsimlanadi.

To'lqinlar va ularni qo'zg'atuvchi manbalar, agar to'lqinlarning fazalar farqi vaqtga bog'liq bo'lmasa, kogerent deb ataladi. To'lqinlar va ularni qo'zg'atuvchi manbalar, agar to'lqinlarning fazalar farqi vaqt o'tishi bilan o'zgarib tursa, inkogerent deyiladi. Farq uchun formula:

, qayerda , ,

8. Yorug`lik interferensiyasini kuzatishning laboratoriya usullari: Yang tajribasi, Frenel biprizmasi, Frenel nometalllari. Interferensiyaning maksimal va minimal pozitsiyalarini hisoblash.

Yung tajribasi - Tajribada yorug'lik nuri ikkita parallel uyasi bo'lgan shaffof bo'lmagan ekran-ekranga yo'naltiriladi, uning orqasida proyeksiya ekrani o'rnatiladi. Ushbu tajriba yorug'likning interferensiyasini ko'rsatadi, bu to'lqin nazariyasining isbotidir. Yoriqlarning o'ziga xosligi shundaki, ularning kengligi taxminan chiqarilgan yorug'lik to'lqin uzunligiga teng. Slot kengligining shovqinga ta'siri quyida muhokama qilinadi.

Agar yorug'lik zarrachalardan iborat deb faraz qilsak ( yorug'likning korpuskulyar nazariyasi), keyin proyeksiya ekranida ekranning tirqishlaridan o'tayotgan faqat ikkita parallel yorug'lik chizig'ini ko'rish mumkin edi. Ularning o'rtasida proyeksiya ekrani deyarli yoritilmagan bo'lardi.

Fresnel biprizmasi - fizikada - cho'qqilarida juda kichik burchakli qo'sh prizma.
Fresnel biprizmasi optik qurilma bo'lib, bitta yorug'lik manbasida ikkita kogerent to'lqin hosil qilish imkonini beradi, bu esa ekranda barqaror interferentsiya naqshini kuzatish imkonini beradi.
Frenkel biprizmasi yorug'likning to'lqin tabiatini eksperimental isbotlash vositasi bo'lib xizmat qiladi.

Fresnel nometalllari - interferension-kogerent yorug'lik nurlari hodisasini kuzatish uchun O. J. Fresnel tomonidan 1816 yilda taklif qilingan optik qurilma. Qurilma ikkita tekis ko'zgu I va II dan iborat bo'lib, ular 180 ° dan bir necha arkmin bilan farq qiladigan dihedral burchakni tashkil qiladi (yorug'likning interferentsiyasi bo'limidagi 1-rasmga qarang). Nometalllar S manbadan yoritilsa, koʻzgulardan aks ettirilgan nurlar dastalarini S ning xayoliy tasvirlari boʻlgan S1 va S2 kogerent manbalardan kelayotgan deb hisoblash mumkin. Nurlar bir-birining ustiga chiqqan fazoda interferensiya sodir boʻladi. Agar S manba chiziqli (tirik) va FZ chetiga parallel bo'lsa, u holda monoxromatik yorug'lik bilan yoritilganda ekran M ekranida o'rnatilishi mumkin bo'lgan teng masofadagi qorong'u va yorug'lik chiziqlari ko'rinishidagi interferentsiya naqshlari kuzatiladi. nurning bir-biriga yopishgan hududining istalgan joyida. Yorug'likning to'lqin uzunligini aniqlash uchun chiziqlar orasidagi masofadan foydalanish mumkin. PV bilan o'tkazilgan tajribalar yorug'likning to'lqin tabiatining hal qiluvchi dalillaridan biri edi.

9. Yupqa plyonkalarda yorug'likning interferensiyasi. Yoritilgan va o'tadigan yorug'likda yorug'lik va qorong'u chiziqlar hosil bo'lish shartlari.

10. Nishablari teng bo'lgan chiziqlar va teng qalinlikdagi chiziqlar. Nyutonning interferentsiya halqalari. Qorong'u va engil halqalarning radiuslari.

11. Nurning normal tushishida yupqa plyonkalardagi yorug'likning interferensiyasi. Optik qurilmalarni yoritish.

12. Mishelson va Jamin optik interferometrlari. Ikki nurli interferometrlar yordamida moddaning sindirish ko'rsatkichini aniqlash.

13. Yorug'likning ko'p yo'l interferensiyasi haqida tushuncha. Fabri-Perot interferometri. Fazalari arifmetik progressiyani tashkil etuvchi teng amplitudali chekli sonli to'lqinlarni qo'shish. Hosil bo`lgan to`lqin intensivligining interferension to`lqinlarning fazalar farqiga bog`liqligi. Interferensiyaning asosiy maksimal va minimallarini hosil qilish sharti. Ko'p nurli interferentsiya naqshining tabiati.

14. To'lqin diffraktsiyasi haqida tushuncha. To'lqin parametri va geometrik optika qonunlarini qo'llash chegaralari. Gyuygens-Frenel printsipi.

15. Frenel zonalari usuli va yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalishini isbotlash.

16. Dumaloq teshik orqali Fresnel difraksiyasi. Sferik va tekis to'lqinli jabhalar uchun Fresnel zonasi radiuslari.

17. Shaffof diskdagi yorug'likning difraksiyasi. Frenel zonalari maydonini hisoblash.

18. Dumaloq teshikdan o'tganda to'lqinning amplitudasini oshirish masalasi. Amplituda va faza zonalari plitalari. Fokuslash va zona plitalari. Fokuslash linzalari pog'onali faza zonasi plitasining cheklovchi holati sifatida. Zonalash linzalari.

Agar n 1 >n 2 bo'lsa, >a, ya'ni. agar yorug'lik optik jihatdan zichroq muhitdan optik jihatdan kamroq zichroq muhitga o'tsa, u holda sinish burchagi tushish burchagidan kattaroqdir (3-rasm).

Cheklanish burchagi. Agar a=a p,=90˚ bo'lsa va nur havo-suv interfeysi bo'ylab siljiydi.

Agar a'>a p bo'lsa, yorug'lik ikkinchi shaffof muhitga o'tmaydi, chunki to‘liq aks ettiriladi. Bu hodisa deyiladi yorug'likning to'liq aks etishi. Singan nurning muhitlar orasidagi interfeys bo'ylab siljishi a p tushish burchagi to'liq aks ettirishning cheklovchi burchagi deb ataladi.

To'liq aks etishni periskop, durbin, refraktometr va boshqalarda keng qo'llaniladigan teng yonli to'rtburchaklar shisha prizmada kuzatish mumkin (4-rasm).

a) yorug'lik birinchi yuzga perpendikulyar tushadi va shuning uchun bu erda sinishi sodir bo'lmaydi (a=0 va =0). Ikkinchi yuzga tushish burchagi a=45˚, ya’ni>a p, (shisha uchun a p =42˚). Shuning uchun, bu yuzda yorug'lik butunlay aks etadi. Bu nurni 90˚ ga aylantiradigan aylanuvchi prizma.

b) Bunday holda, prizma ichidagi yorug'lik allaqachon ikki marta to'liq aks etadi. Bu, shuningdek, nurni 180˚ ga aylantiradigan aylanadigan prizma.

c) Bu holda prizma allaqachon teskari. Nurlar prizmani tark etganda, ular tushayotgan nurlarga parallel bo'ladi, lekin bu holda yuqori tushadigan nur pastroq bo'ladi va pastki qismi yuqori bo'ladi.

To'liq aks ettirish hodisasi yorug'lik qo'llanmalarida keng texnik qo'llanilishini topdi.

Yorug'lik yo'riqnomasi - diametri taxminan 20 mikron bo'lgan va har birining uzunligi taxminan 1 m bo'lgan juda ko'p yupqa shisha filamentlar. Bu iplar bir-biriga parallel va yaqin joylashgan (5-rasm).

Har bir filament shishaning ingichka qobig'i bilan o'ralgan bo'lib, uning sinishi ko'rsatkichi filamentning o'zidan kamroq. Yorug'lik qo'llanmasining ikkita uchi bor, yorug'lik qo'llanmasining ikkala uchidagi iplarning uchlarini o'zaro joylashishi mutlaqo bir xil.

Agar ob'ekt yorug'lik o'tkazgichining bir uchiga joylashtirilsa va yoritilgan bo'lsa, u holda yorug'lik o'tkazgichning ikkinchi uchida bu ob'ektning tasviri paydo bo'ladi.

Tasvir ob'ektning biron bir kichik maydonidan yorug'lik har bir ipning oxiriga kirishi tufayli olingan. Ko'p to'liq aks ettirishni boshdan kechirgan holda, yorug'lik filamentning qarama-qarshi uchidan chiqadi va ob'ektning ma'lum bir kichik maydonining aksini uzatadi.

Chunki bir-biriga nisbatan iplarning joylashishi qat'iy bir xil bo'ladi, keyin boshqa uchida ob'ektning mos keladigan tasviri paydo bo'ladi. Tasvirning ravshanligi iplarning diametriga bog'liq. Har bir ipning diametri qanchalik kichik bo'lsa, ob'ektning tasviri aniqroq bo'ladi. Yorug'lik nurining yo'li bo'ylab yorug'lik energiyasining yo'qolishi odatda to'plamlarda (yorug'lik qo'llanmalari) nisbatan kichikdir, chunki umumiy aks ettirish bilan aks ettirish koeffitsienti nisbatan yuqori (~ 0,9999). Energiyani yo'qotish asosan tola ichidagi moddaning yorug'likni singdirishi bilan bog'liq.

Masalan, 1 m uzunlikdagi tolada spektrning ko'rinadigan qismida energiyaning 30-70% yo'qoladi (lekin to'plamda).

Shuning uchun, katta yorug'lik oqimlarini o'tkazish va yorug'lik yo'naltiruvchi tizimning moslashuvchanligini ta'minlash uchun alohida tolalar to'plamlarga (to'plamlarga) yig'iladi - yorug'lik qo'llanmalari.

Yorug'lik qo'llanmalari tibbiyotda ichki bo'shliqlarni sovuq nur bilan yoritish va tasvirlarni uzatish uchun keng qo'llaniladi. endoskop- ichki bo'shliqlarni (oshqozon, to'g'ri ichak va boshqalar) tekshirish uchun maxsus qurilma. Yorug'lik yo'riqnomalari yordamida lazer nurlanishi shishlarga terapevtik ta'sir ko'rsatish uchun uzatiladi. Ha, va insonning to'r pardasi ~ 130x10 8 tolalardan tashkil topgan yuqori darajada tashkil etilgan optik tolali tizimdir.

Rasmda ahavo-plexiglass interfeysi orqali o'tadigan va plexiglass va havo o'rtasidagi ikkita interfeysdan o'tayotganda hech qanday burilishsiz plexiglass plastinkasidan chiqadigan oddiy nurni ko'rsatadi. Rasmda b yarim doira shaklidagi plastinkaga normal ravishda burilishsiz kiruvchi yorug'lik nurini ko'rsatadi, lekin plexiglass plastinka ichidagi O nuqtada normal bilan y burchak hosil qiladi. Nur zichroq muhitni (pleksiglas) tark etganda, uning kamroq zichroq muhitda (havo) tarqalish tezligi oshadi. Shuning uchun u y dan katta bo'lgan havodagi normalga nisbatan x burchak hosil qilib, sinadi.



N \u003d sin (nurning havodagi normal bilan qiladigan burchagi) / sin (nurning muhitdagi normal bilan qiladigan burchagi), pleksiglas n n \u003d sin x / sin y ekanligiga asoslanib. Agar bir nechta x va y o'lchovlari amalga oshirilsa, plexiglassning sinishi indeksini har bir juft qiymat uchun natijalarni o'rtacha hisoblash orqali hisoblash mumkin. Yorug'lik manbasini markazi O nuqtada joylashgan aylana yoyi bo'ylab harakatlantirish orqali y burchakni oshirish mumkin.

Buning natijasi rasmda ko'rsatilgan joyga erishilgunga qadar x burchakni oshirishdir. ichida, ya'ni x 90 o ga tenglashguncha. X burchak kattaroq bo'lishi mumkin emasligi aniq. Nurning plexiglass ichidagi normal bilan yaratadigan burchagi deyiladi bilan kritik yoki cheklovchi burchak(bu kamroq zichroq muhitda sinish burchagi 90 ° bo'lganda, zichroq muhitdan kamroq zichroq chegaradagi tushish burchagi).

Odatda zaif aks ettirilgan nur, shuningdek, plastinkaning tekis qirrasi bo'ylab singan yorqin nur kuzatiladi. Bu qisman ichki aks ettirishning natijasidir. Shuni ham yodda tutingki, oq yorug'likdan foydalanilganda, to'g'ri chiziq bo'ylab paydo bo'ladigan yorug'lik spektr ranglariga parchalanadi. Agar yorug'lik manbai, rasmda bo'lgani kabi, yoy atrofida yanada rivojlangan bo'lsa G, shuning uchun pleksiglas ichidagi I kritik burchak c dan kattaroq bo'ladi va ikkita vosita orasidagi interfeysda hech qanday sinishi sodir bo'lmaydi. Buning o'rniga, nur normalga nisbatan r burchak ostida to'liq ichki aks etishni boshdan kechiradi, bu erda r = i.

Bo'lish umumiy ichki aks ettirish, tushish burchagi i zichroq muhit (pleksiglas) ichida o'lchanishi va kritik burchakdan kattaroq bo'lishi kerak c. Esda tutingki, aks ettirish qonuni kritik burchakdan kattaroq tushishning barcha burchaklari uchun ham amal qiladi.

Olmosning kritik burchagi atigi 24°38" ni tashkil qiladi. Shunday qilib, uning "uchqunlari" yorug'lik bilan yoritilganda bir nechta umumiy ichki aks ettirishning osonligiga bog'liq bo'lib, bu ko'p jihatdan bu effektni kuchaytirish uchun mohirona kesish va silliqlashga bog'liq. n = 1 ekanligi aniqlandi. /sin s, shuning uchun c kritik burchakni aniq o'lchash n ni aniqlaydi.

Ish 1. Kritik burchakni topib, pleksiglas uchun n ni aniqlang

Katta oq qog'ozning o'rtasiga yarim dumaloq pleksiglas plastinka qo'ying va uning konturlarini diqqat bilan kuzatib boring. Plitaning to'g'ri chetining O'rta nuqtasini toping. O'tkazgich yordamida O nuqtada ushbu to'g'ri chetga perpendikulyar normal NO ni yasang. Plitani uning konturiga o'zgartiring. Yorug'lik manbasini yoy atrofida NO ning chap tomoniga o'tkazing, shu bilan birga tushayotgan nurni O nuqtaga yo'naltiring. Singan nur to'g'ri qirradan keyin, rasmda ko'rsatilganidek, tushayotgan nurning yo'lini uchta P nuqta bilan belgilang. 1, P 2 va P 3.



Plastinkani vaqtincha olib tashlang va bu uch nuqtani O orqali o'tishi kerak bo'lgan to'g'ri chiziq bilan bog'lang. O'tkazgich yordamida chizilgan nur va normal orasidagi kritik burchakni c o'lchang. Plitani yana ehtiyotkorlik bilan uning konturiga qo'ying va avval qilgan ishni takrorlang, lekin bu safar yorug'lik manbasini yoy bo'ylab NO ning o'ng tomoniga o'tkazing, nurni doimiy ravishda O nuqtasiga qarating. Natijalarda ikkita o'lchangan qiymatni yozing c jadval va kritik burchakning o'rtacha qiymatini aniqlash c. Keyin n n = 1 / sin s formulasidan foydalanib, plexiglass uchun n n sinishi indeksini aniqlang.


1-tadqiqot uchun qurilma, shuningdek, zichroq muhitda (pleksiglas) tarqaladigan va "pleksiglas - havo" interfeysiga kritik burchakdan kattaroq burchak ostida tushayotgan yorug'lik nurlari uchun tushish burchagi i ga teng ekanligini ko'rsatish uchun ishlatilishi mumkin. burchak ko'zgulari r.

2-o'rganish. Yorug'likning aks etish qonunini kritik burchakdan kattaroq tushish burchaklari uchun tekshiring

Katta oq qog'ozga yarim dumaloq pleksiglas plastinka qo'ying va uning konturlarini diqqat bilan kuzatib boring. Birinchi holatda bo'lgani kabi, O'rta nuqtani toping va oddiy NO ni yarating. Pleksiglas uchun kritik burchak c = 42 °, shuning uchun tushish burchaklari i> 42 ° kritik burchakdan kattaroqdir. Protraktor yordamida NO normasiga 45°, 50°, 60°, 70° va 80° burchak ostida nurlar yasang.

Shunga qaramay, plexiglass plitasini uning konturiga ehtiyotkorlik bilan joylashtiring va yorug'lik nurini yorug'lik manbasidan 45 ° chiziq bo'ylab yo'naltiring. Nur O nuqtaga boradi, aks etadi va plastinkaning yoysimon tomonidan normalning boshqa tomonida paydo bo'ladi. Ko'rsatilgan nurda uchta P 1, P 2 va P 3 nuqtalarini belgilang. Plastinani vaqtincha olib tashlang va uchta nuqtani O nuqtasidan o'tishi kerak bo'lgan to'g'ri chiziq bilan ulang.



O'tkazgichdan foydalanib, aks ettirish burchagi r va aks ettirilgan nurni o'lchab, natijalarni jadvalga yozing. Plitani konturiga ehtiyotkorlik bilan joylashtiring va 50 °, 60 °, 70 ° va 80 ° burchaklar uchun odatdagidek takrorlang. r ning qiymatini natijalar jadvalining tegishli joyiga yozing. Ko‘zgu burchagi r ning tushish burchagi i ga nisbatan chizmasini tuzing. 45 ° dan 80 ° gacha bo'lgan tushish burchaklari oralig'ida chizilgan to'g'ri chiziq chizig'i i burchakning r burchakka teng ekanligini ko'rsatish uchun etarli bo'ladi.