ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

Любители щелей заменили доски заповедей штакетником законов.

В результате изучения данной главы учащийся должен:

знать

  • • эмпирические основания, основные понятия, модели и положения волновой оптики;
  • • физическую сущность когерентности и законы интерференции и дифракции волн в различных проявлениях;
  • • физическую сущность и законы отражения, преломления, геометрической оптики, рассеяния, поглощения и поляризации волн;

уметь

  • • распознавать, вычленять и анализировать проявления закономерностей волновой оптики в изучаемых объектах природы и техники;
  • • формулировать изучаемую военно-техническую задачу с позиций законов волновой оптики и применять аппарат теории для ее решения;

владеть

  • • навыками применения законов волновой оптики при решении военно-технических задач, сформулированных как физические;
  • • навыками привлечения физических констант, справочных данных, оценки порядка величин и опоры на их размерности при решении задач волновой оптики.

Когерентные волны

Интересные и практически важные явления возникают, когда в одной точке сходятся две волны с одинаковыми частотами и направлениями колебаний вектора Е:

где а,, а2 — начальные фазы; xv х2 расстояния от источников волн до точки А. На векторной диаграмме (рис. 8.1) мгновенные проекции векторов Еш1 и Ew2 на ось Е соответствуют формуле (8.1) с учетом соотношений ф, = = Gtj - kxv ф2 = оt2 - kx2. Так как эти векторы вращаются с одинаковой угловой скоростью со, то ее же имеет и результирующий вектор Ет:

Как следует из рис. 8.1,

Рис. 8.1

В соответствии с формулами (8.3) и (7.77) интенсивность результирующей волны

Как видим, она зависит от разности фаз 5 между волнами. Рассмотрим ее варианты.

  • 1.8 изменяется во времени хаотически. Тогда его среднее во времени значение (cos5) = 0, и формула (8.5) превращается в тривиальное соотношение J =JX + J2: повесив две лампочки, мы и ожидаем получить удвоенную интенсивностьJ (при Jx =/2).
  • 2.8 = const, cosS < 0. Тогда J < Jx + J2 Более того, при /, =J2 и 8 = (2/и + 1)л, т = 0, 1,2,получаем J = 0 — свет плюс свет дает темноту!
  • 3. 8 = const, cos8 > 0. Тогда J >J] + J2 При У, =J2 и 8 = 2 тп, т = 0,1, 2,..., получаем J = AJV что не менее удивительно: два источника могут увеличить интенсивность вчетверо!

Поскольку 8 зависит не только от начальных фаз а, и а2, но и от расстояний х{ и х2, го в одних точках возникнет условие 2 и минимум интенсивности, в других — условие 3 и ее максимум, а в третьих интенсивность будет иметь промежуточное значение.

Перераспределение интенсивности в результате наложения волн с образованием максимумов и минимумов называется интерференцией[1].

ВОПРОС. Почему же описанные явления не наблюдаются?

ОТВЕТ. Обычные источники света не соответствуют условиям 2,3 (8 = const), поскольку излучения атомов не согласованы друг с другом по фазе. Даже один и тот же атом в каждом акте излучения «забывает» о предыдущем акте и производит волну с иной начальной фазой: фазы меняются произвольно, непредсказуемо.

Волны и их источники, разность фаз между которыми постоянна, называются когерентными, а волны и источники, не удовлетворяющие этому условию, — некогерентными.

Понятие о когерентности волн ввел в XIX в. О. Ж. Френель. Акт излучения атома длится в интервале времени At ~ 10 8 с, определяющем временную когерентность. За это время формируется отрезок волны А/ = cAt ~ 3 м (с — скорость света) с упорядоченно изменяющейся фазой. Он называется цугом (рис. 8.2) и определяет пространственную когерентность.

Рис. 8.2

Когерентные волны можно получить путем разделения одной и той же волны: при хтах <$С А/, гдехП1ах — больший из двух путей от места разделения, в конечную точку А приходят когерентные «близнецы».

  • [1] Интерференцией называют и другие наложения. Например, мыши, зараженные смертельной болезнью, не умирают потому, что больны другой болезнью. Выработанные при этомантитела стали основой лекарства «Интерферон».
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >