Методичка по оптике

Оптическая разность — ход

Оптическая разность хода между обыкновенными и необыкновенными лучами в такой пластинке, согласно (9.13), равна половине длины волны.

Оптическая разность хода двух лучей складывается из разности оптических путей этих лучей и половины длины волны, представляющей собой добавочную разность хода из-за отражения от оптически более плотной среды.

Оптическая разность хода равна нулю и для излучения с длиной волны К 8К, имеющего волновую поверхность, наклоненную относительно поверхности 22 на некоторый угол.

Оптическая разность хода, определяющая интерференцию, есть z2 — Zi / K. Разумеется, реально можно наблюдать значительно меньшее число полос, так как при а / К интерферен-циональные полосы должны находиться в плоскости, в которой лежат источники.

Оптическая разность хода между соседними пучками определяется толщиной h и показателем преломления п пластинки.

Оптическая разность хода 5ОПТ двух близких лучей после прохождения сосуда должна равняться геометрической разности хода 6, вызванной отклонением лучей от первоначального направления распространения.

Схема мультиплексирования отражательных датчиков при помощи рециркуляционной линии задержки в плече приемного интерферометра. 1 — источник излучения. 2 — изолятор. 3 — массив датчиков. 4 — волоконный интерферометр Фабри-Перо. 5 — устройство сдвига частоты. 6 — опорное плечо.

Начальная оптическая разность хода между плечами в интерферометре Майкельсона ( рис. 5.7, а) составляла 6 метров. Это позволяло обеспечить измерение длины каждого из восьми сегментов измерительной системы с точностью не менее 10 мкм, при общей длине трансляции зеркала около 1 см. Эти измерения оказываются независящими от дисперсионных и поляризационных изменений характеристик и длины в подводящем излучение сегменте измерительной системы.

Если оптическая разность хода равна нулю ( г..

Поворотные компенсаторы.

Поэтому суммарная оптическая разность хода будет отлична от нуля.

Наличие оптической разности хода нетрудно обнаружить, заставив интерферировать оба луча, вышедших из напряженной пластинки. Интерференция лучей достигается применением анализаторов, которые по своему устройству ничем не отличаются от поляризаторов — призм из исландского шпата или поляроидных пленок, с помощью которых получают плоско-поляризованный свет.

Возникновение оптической разности хода может быть обусловлено, как уже говорилось, изменением толщины материала и показателя преломления. Монотонному изменению энергии входного воздействия соответствует монотонное изменение оптической разности хода, в то время как фаза проходящей или отраженной волны может периодически повторяться.

При большой оптической разности хода As, значительно ( в 104 — f — 10е раз) превышающей длину X световой волны, происходит интерференция разновременно испущенных лучей. Пока разность хода As такова, что разница во временах испускания интерферирующих лучей Д невелика по сравнению с продолжительностью времени испускания света атомом т, интерференция сохраняется.

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка – это оптический прибор, предназначенный для наблюдения дифракции света.

Дифракционная решетка представляет собой систему параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками.

Дифракционную решетку применяют для разложения света в спектр и измерения длин световых волн.

Период решетки – это величина, равная сумме ширины прозрачной и непрозрачной полос решетки.

Обозначение – \( d \), единица измерения в СИ – м.

где \( a \) – ширина прозрачной полосы; \( b \) – ширина непрозрачной полосы.

Если решетка регулярна, т. е. ее прозрачные и непрозрачные полосы имеют одинаковую ширину, то период решетки можно рассчитать, разделив ее длину на число штрихов:

где \( l \) – длина решетки, \( N \) – число штрихов.

Формула дифракционной решетки

где \( d \) – период решетки; \( \varphi \) – угол дифракции; \( k \) = 0; 1; 2… – порядок максимума, считая от центрального \( k \) = 0 и расположенного напротив центра решетки; \( \lambda \) – длина волны, падающей на решетку нормально к ней.

Если дифракционная решетка освещается белым светом, то при \( k \) ≠ 0 разным длинам волн будут соответствовать разные дифракционные углы. Поэтому положение главных максимумов ненулевого порядка будет различным. Центральный максимум (\( k \) = 0) остается белым, т. к. при \( k \) = 0 для всех длин волн \( \varphi \) = 0, т. е. положение главного максимума для всех длин волн одинаково. Все остальные максимумы имеют вид радужных полос, называемых дифракционными спектрами первого порядка (\( k \) = 1), второго порядка (\( k \) = 2) и т. д. Ближе к центральному максимуму находится фиолетовый край спектра, дальше всего – красный, т. к. \( \lambda_{фиол}<\lambda_{кр} \), то и \( \varphi_{фиол}<\varphi_{кр} \).

Важно!
Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы первого и второго порядка, не превышают 5°, можно вместо синусов углов использовать их тангенсы

Дисперсия света

Дисперсия света – это зависимость показателя преломления среды от длины волны (частоты) падающего на вещество света.

Опыт Ньютона (1672)

Из-за дисперсии световые волны с различной длиной волны поразному преломляются веществом, что приводит к разложению белого света на цветные монохроматические лучи – спектр.

Для лучей света различной цветности показатели преломления данного вещества различны, т. к. различны скорости распространения электромагнитных волн, у которых разная длина волны. Луч красного света преломляется меньше из-за того, что красный свет имеет в веществе наибольшую скорость, а луч фиолетового цвета преломляется больше, так как скорость для фиолетового цвета наименьшая. Это объясняется особенностями взаимодействия этих волн с электронами, входящими в состав атомов и молекул вещества среды, где они движутся.