Световые волны. Дифракция. Поляризация

Дифракция механических волн
Дифракция – это отклонение от прямолинейного распространения волн, или огибание волнами препятствий.
Дифракция волн проявляется особенно отчётливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней.

Явление дифракции на поверхности воды
Если размеры щели экрана меньше длины волны, то за экраном распространяется круговая волна, как если бы в отверстии экрана находилось колеблющееся тело – источник волн.

Почему происходит дифракция
Принцип Гюйгенса позволяет понять, почему происходит дифракция:
вторичные волны, испускаемые участками среды, проникают за края препятствия, расположенного на пути распространения волны.

Дифракция света
Дифракция присуща любому волновому процессу.
Опыт Юнга

Принцип Гюйгенса - Френеля
Френель объединил принцип Гюйгенса с идеей интерференции вторичных волн:
Каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, причём все вторичные источники когерентны.
На основе этой теории Френель доказал прямолинейность распространения света и рассмотрел дифракцию количественно.

Дифракционные картины от разных препятствий
от тонкой проволочки
от круглого отверстия
от круглого непрозрачного экрана

Границы применимости геометрической оптики
Дифракция света определяет границы применимости геометрической оптики.
Огибание светом препятствий налагает предел на разрешающую способность важнейших оптических инструментов — телескопа и микроскопа.

Дифракционная решётка
Дифракционная решётка представляет собой совокупность большого числа узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.
d – период дифракционной решётки.
d1
d2
d1>d2
Число штрихов решётки доходит до нескольких тысяч на 1 мм; общее число штрихов превышает 100 000.

Дифракционная решётка
0
L

Дифракционная решетка
центральный
max
С помощью дифракционной решетки можно проводить очень точные измерения длины волны.

Естественный свет
Световая волна с колебаниями по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения, называется естественной

Опыт с турмалином(опыт Малюса–1810 г)
Кристалл турмалина – это прозрачный минерал, зеленого цвета, обладающий осью симметрии.

Поляризация света
Кристалл турмалина обладает способностью пропускать световые волны с колебаниями, лежащими в одной определенной плоскости (поляризованный свет), следовательно, он преобразует естественный свет в плоскополяризованный.

Поляризованный свет – это электромагнитная волна в которой колебания вектора напряженности Е происходят только в одной плоскости, которая совпадает с осью симметрии кристалла.
Поляризованный свет

Схема действия поляризатора и стоящего за ним анализатора
Если второй кристалл начать поворачивать, т.е. смещать положение оси симметрии второго кристалла относительно первого, то луч будет постепенно гаснуть и погаснет совершенно, когда положение осей симметрии обоих кристаллов станет взаимно перпендикулярным.

Поперечность световых волн
За направление колебаний в световой волне принято направление вектора напряженности электрического поля Е.
Свет – это поперечная волна