Тема: Оптика
Урок: Дифракция. Поляризация
1. Введение
Начнем рассмотрение материала с примера, который все видели, – волны на воде.
Дифракция – явление огибания волной препятствия:
1. Если препятствие сравнимо с длиной волны, то волна его огибает;
2. Если препятствие больше длины волны, то волна гасится этим препятствием.
Так как свет – это волна, то все то же самое должно происходить и со световыми волнами, но этого не наблюдается. Это объясняется тем, что длина световой волны много меньше, и поэтому препятствие должно быть сравнимо с длиной световой волны.
Долгое время было невозможно экспериментально доказать дифракцию света, пока Томас Юнг не поставил эксперимент.
В 1802 году Томас Юнг, открывший интерференцию света, поставил свой классический опыт по дифракции.
Он взял ширму и проколол булавкой в ней два отверстия (В и С). Луч света, который выходил из отверстия (А) другой ширмы, раскладывался на два световых пучка. При этом на экране возникало чередование светлых и темных полос – интерференционная картина (см. Рис. 1).
Рис. 1. Опыт Юнга
Самым главным в этом опыте было догадаться сделать два когерентных источника, у которых разность фаз постоянна.
Френель обобщил принцип Гюйгенса, и он стал называться принцип Гюйгенса-Френеля: каждая точка фронта волны является вторичным источником, и все эти источники между собой когерентны.
Например, если у нас есть источник света S, и мы мысленно окружим его сферической поверхностью, то на этой поверхности будут находиться источники, и все они будут когерентны (см. Рис. 2). Поэтому, накладываясь друг на друга, они гасятся, и возникает ощущение, что свет распространяется прямолинейно.
Рис. 2. Принцип Гюйгенса-Френеля
Из явления дифракции можно понять границы применения геометрической оптики. Можно предполагать, что свет распространяется прямолинейно, только в том случае, если размеры препятствий на пути света много больше длины световой волны.
Все оптические приборы рассчитываются на основе геометрической оптики. И вроде бы согласно геометрической оптике мы можем рассматривать сколь угодно малые предметы. Но в действительности это не так, потому что в какой-то момент вступает в роль явление дифракции, происходит огибание предмета. Поэтому разрешающие способности оптических приборов (фотоаппарата, микроскопа и т.д.) ограничены длиной световой волны, которая влияет на дифракцию.
Еще одно свойство, которым обладает свет, – это поляризация.
Свет не только может распространяться по всем направлениям, но он является еще и поперечной волной.
Проведем опыт с кристаллом турмалина. Это кристалл, у которого есть ось.
Если мы поместим его между глазом и источником света, то сначала мы ничего не заметим. Но если взять вторую такую же пластинку и повернуть ее на 90 градусов, то луч света неожиданно пропадет. Это говорит о том, что после того, как свет прошел через один кристалл, фронт волны стал распространяться только в одной плоскости. И когда мы устанавливаем второй кристалл, эта плоскость гасится, так как кристалл пропускает свет только в одном направлении (см. Рис. 3).
Рис. 3. Поперечная волна
Таким образом, выяснилось, что свет – поперечная волна.
Также поперечность электромагнитных волн была доказана в теории Максвелла.
Рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
1. Энциклопедия физики и техники (Источник).
2. Наука и жизнь (Источник).
