Материал: fizika

8. Преломление и отражение света на границе двух сред. Интерферения поляризованных лучей.

Преломление света на границе двух сред даёт парадоксальный зрительный эффект: пересекающие границу раздела прямые предметы в более плотной среде выглядят образующими больший угол с нормалью к границе раздела (то есть преломлёнными «вверх»); в то время как луч, входящий в более плотную среду, распространяется в ней под меньшим углом к нормали (то есть преломляется «вниз»). Этот же оптический эффект приводит к ошибкам в визуальном определении глубины водоёма, которая всегда кажется меньше, чем есть на самом деле.

Явления интерференции поляризованных лучей исследовались в классических опытах Френеля и Арго (1816 г.), доказавших поперечность световых колебаний. Суть их в зависимости результата интерференции от угла между плоскостями световых колебаний: полосы наиболее контрастны при параллельных плоскостях и исчезают, если волны поляризованы ортогонально. Трудность получения интерференции поляризованных волн состоит в том, что при наложении двух когерентных лучей, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, никакой интерференционной картины с максимумами и минимумами интенсивности получиться не может. Интерференция возникает только в том случае, если колебания во взаимодействующих лучах совершаются вдоль одного и того же направления. Колебания в двух лучах, первоначально поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, можно свести в одну плоскость, пропустив эти лучи через поляризующую кристаллическую пластинку

9. Амплитудный и энергетический коэффициент отражения . Зависимость коэффициента отражения от угла падения. Угол Брюстера.

амплитудный коэффициент отражения:

 , (2.2.4)

где   и y (w ) - фазовый угол. Однако амплитудный коэффициент отражения не поддается прямому измерению, и поэтому для извлечения информации о значениях фазового угла из экспериментальных данных требуется достаточно сложная вычислительная процедура (см. ниже параграфы 3.2 и 6.1).

Зависимость комплексного амплитудного коэффициента отражения от угла падения j дается соответствующими уравнениями Френеля для перпендикулярно и параллельно поляризованных пучков:

Энергетические коэффициенты отражения для двух поляризаций

Зависимость энергетических коэффициентов отражения от угла падения представляется графиками

При падении на границу раздела двух сред плоских электромагнитных волн коэффициент отражения при определенных условиях может обращаться в нуль. 

Углом Брюстера называется Угол падения, при котором проникает падающая волна всецело, без отражения, из одной среды в другую, а его обозначение записывается как 

10.Поляризация света .Поляризация при отражении и преломлении света.

11.Закон Малюса. Степень поляризации света.

Т.к. интенсивность I ~ E², то, после второго поляроида интенсивность будет

.

где I_I - интенсивность перед вторым поляроидом. Полученное соотношение между интенсивностями носит название закона Малюса.

Если I_I выразить через I₀, то закон Малюса примет вид:

.

Закон Малюса строго выполняется лишь для идеальных поляроидов - поляризатора и анализатора.

Если эти поляроиды частично пропускают свет с вектором , перпендикулярным осям пропускания, то после поляризатора свет будет частично поляризован. Идеальный поляризатор при PP параллельном P'P' пропустит свет интенсивностью I_max, а при PP перпендикулярной P'P' - свет интенсивностью I_min.

Степенью поляризации частичного поляризованного света называется величина

При идеальном поляризаторе I_min = 0 и P = 1, свет плоскополяризован.

12.Основные фотометрические величины. Поглощение света веществом.

Фотометрия — раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников. В фотометрии используются следующие величины:

1) энергетические — характеризуют энергетические параметры оптического излуче­ния безотносительно к его действию на приемники излучения;

2) световые — характеризуют физиологические действия света и оцениваются по воздействию на глаз (исходят из так называемой средней чувствительности глаза) или другие приемники излучения.

1. Энергетические величины. Поток излучения Ф_е — величина, равная отношению энергии W излучения ко времени t, за которое излучение произошло:

Единица потока излучения — ватт (Вт).

Энергетическая светимость (излучательность) R_e — величина, равная отношению потока излучения Ф_e, испускаемого поверхностью, к площади Sсечения, сквозь которое этот поток проходит:

т. е. представляет собой поверхностную плотность потока излучения.

Единица энергетической светимости — ватт на метр в квадрате (Вт/м²).

Энергетическая сила света (сила излучения) I_e определяется с помощью понятия о точечном источнике света — источнике, размерами которого по сравнению с рассто­янием до места наблюдения можно пренебречь. Энергетическая сила света I_e — величина, равная отношению потока излучения Ф_eисточника к телесному углу , в пределах которого это излучение распространяется:

Единица энергетической силы света — ватт на стерадиан (Вт/ср).

Поляризацией света называется выделение линейного поляризованного света из естественного или частично поляризованного.

Поляризованным называется электромагнитное излучение, в котором колебания вектора Е упорядочены. Различают эллиптическую, круговую и линейную поляризацию.

I I0 cos^2  - закон Малюса. Интенсивность света, прошедшего через анализатор ( I ), равна интен- сивности света, прошедшего через поляризатор ( 0 I ), умноженной на квадрат коси-нуса угла между A и P .

При падении на границу двух диэлектриков (например, воздух и стекло) естественного света, отражѐнный и преломлѐнный лучи оказываются частично поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях, причѐм, в отражѐнном луче вектор E совершает колебания преимущественно в плоскости перпендикулярной плоскости падения света, а в преломлѐнном луче, преимущественно в плоскости падения.

Угол Брюстера Бр , при котором наблюдается линейная поляризация отражѐнного от границы раздела двух диэлектриков света, определяется по следующей формуле: , где 2 1 21 n n n – относительный показатель преломления двух сред, а 1 n и 2 n - абсолютные показатели преломления первой и второй среды соответственно.

Энергетическая яркость (лучистость) B_e — величина, равная отношению энергетической силы света I_e, элемента излучающей поверхности к площади Sпроекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения:

Единица энергетической яркости — ватт на стерадиан-метр в квадрате (Вт/(ср  м²)).

Энергетическая освещенность (облученность) Е_е характеризует величину потока из­лучения, падающего на единицу освещаемой поверхности. Единица энергетической освещенности совпадает с единицей энергетической светимости (Вт/м²).

2. Световые величины.

Световой поток Ф определяется как мощность оптического излучения по вызыва­емому им световому ощущению (по его действию на селективный приемник света с заданной спектральной чувствительностью).

Единица светового потока — люмен (лм): 1 лм — световой поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд внутри телесного угла в 1 ср (при равномерности поля излучения внутри телесного угла) (1 лм = 1 кд  ср).

Светимость R определяется соотношением

Единица светимости — люмен на метр в квадрате (лм/м²).

Яркость В_ светящейся поверхности в некотором направлении  есть величина, равная отношению силы света I в этом направлении к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

Единица яркости — кандела на метр в квадрате (кд/м²).

Освещенность Е — величина, равная отношению светового потока Ф, падающего на поверхность, к площади S этой поверхности:

Единила освещенности — люкс (лк): 1 лк — освещенность поверхности, на 1 м² которой падает световой поток в 1 лм (1 лк= 1 лм/м²).

При пропускании света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Интенсивность уменьшается вследствие взаимодействия световой волны с электронами вещества, в результате чего часть световой энергии передаётся электронам.

Поглощением света называют ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

Установим закон поглощения света веществом.

Пусть через однородное вещество проходит пучок света. Выберем небольшой слой вещества толщиной  . При прохождении света через такой участок его интенсивность  ослабляется.

Изменение интенсивности  пропорционально интенсивности падающего света  и толщине слоя  :

,

где  - натуральный показатель поглощения (коэффициент пропорциональности, зависящий от поглощающей среды и не зависящий от интенсивности света); Рис.1

знак «-» означает, что интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается, т.е.  .

Пусть - интенсивность входящего света,  - интенсивность прошедшего света через вещество.