Е. Т. Акимбеков физика пәнінен дәрістер курсы нұр-Сұлтан 2020
жүктеу/скачать 3.65 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Жарық дифракциясы
| Френель зоналары (аумақтары). Гюйгенс-Френель принципіне сәйкес, S
жарық көзінің әсері Ф толқындық беттегі жорамал көздердің әсерімен алмастырылады (42-сурет). Кез келген М бақылау нүктесінен зоналардың шетіне дейінгі қашықтық: Кез келген М бақылау нүктесінен зоналардың шетіне дейінгі қашық- тық айырымы: 42-сурет Жарық дифракциясы - ортаның оптикалық біртекті емес аумақтарында жарық сәулесінің түзу сызықты таралу бағытынан ауытқуымен байланысты, сәйкесінше, жарықтың толқындық табиғатын дәлелдейтін құбылыстар жинағы. Дербес жағдайда, дифракция - таралу бағытында кездесетін өлшемі өте аз кедергілерді жарықтың айналып (орағытып) өтуі. Дифракцияның екі түрі бар: 1. Френель дифракциясы. Кедергіге S жарық көзінен сфералық толқындар түседі, кедергіден шекті қашықтықта орналасқан Э экранда (жазықтықта) кедергінің «дифракциялық кескіні» шығады. • Дөңгелек саңылаудағы дифракция (43-сурет). Нүктелік S көзден таралған толқындардың жолына диаметрі өте аз дөңгелек саңылауы бар мөлдір емес жазықтық орналасқан. Дифракциялық суреттің түрі саңылау жазықтығындағы толқындық Ф беттің ашық бөлігіне орналасатын Френель зоналарының санымен анықталады. Барлық зонаға қатысты В нүктесіндегі қортқы тербелістің амплитудасы: («плюс» таңбасы зоналардың тақ санына, «минус» таңбасы жұп санына келеді). Егер саңылау Френель зоналарының жұп санын ашса, В нүктесінде минимум (43а-сурет), тақ санын ашса максимум (43б-сурет) интенсивтік байқалады. Ең аз интенсивтік екі ашық зонаға, ең көп интенсивтік бір ашық зонаға сәйкес болады ( ). 43-сурет Егер саңылаудың диаметрі үлкен болса, , , яғни қортқы тербелістің амплитудасы толық ашылған толқындық фронтқа сай болады. 2. Фраунгофер дифракциясы. Кедергіге жазық толқын түседі, кедер-гіден өткен жарық сәулелерінің жолына қойылған жинағыш линзаның фокаль жазықтығына қойған экранда алыстатқан жарық көзінің «дифракциялық кескіні» шығады. Бірөлшемді дифракциялық тор – бір жазықтықта бір-бірінен бірдей қашықтықта жатқан ені бірдей параллель жіңішке саңылаулар жүйесі. Дифракциялық тор тұрақтысы (периоды) –бір саңылаудың ені мен екі саңылаудың мөлдір емес ара қашықтығының қосындысы: . Жазық монохромат толқындар тор жазықтығына тік түскенде дифракцияланған толқындардың максимал интенсивтігі бақыланатын бағыттар бас максимумдар шартымен анықталады: (18.6) мұндағы m - бас максимумдар реті. Егер дифракция бұрышының қандай да бір мәндері бас максимумдар мен бас минимумдар шарттарын бір мезгілде қанағаттандыратын болса, осы бағыттарда бас максимумдар байқалмайтын болады. Мысалы, a=d/3 болғанда, әрбір үшінші бас максимум бақыланбайды. Бас минимумдар бір саңылауға сәйкес келетін шартта байқалады: Қосымша минимумдар шарты: Әрбір екі бас максимумның арасында (N-1) қосымша минимум болады. Сонымен қатар, интенсивтігі бас максимумдармен салыстырғанда өте аз (N-2) қосымша максимумдар болады. Жарықтың жұтылуы (адсорбция) - жарық толқынының заттың ішінде таралу барысында толқын энергиясының басқа энергияға түрленуіне байланысты кему құбылысы. Жарықтың жұтылуы кезінде заттың қызуы, атомдар мен молекулалардың қозуы мен ионизациясы, фотохимиялық реакциялар және т.б. процестер орындалады. Бугер–Ламберт заңы: монохромат жарықтың жазық толқынының интенсивтігі жарық жұтылған ортадан өту барысында экспоненциалды кемиді. (18.7) мұндағы I0– затқа түскен монохромат жарықтың жазық толқынының интенсивтігі, I– заттан өткен толқынның интенсивтігі, x– толқын өткен заттың қалыңдығы, kλ –жарық жұтылған ортаның монохроматтық натурал жұту көрсеткіші. Жарық дисперсиясы – берілген ортада жарық толқындарының фазалық жылдамдығының оның жиілігіне тәуелділігі. =c/n болғандықтан, ортаның сыну көрсеткіші толқын жиілігіне (толқын ұзындығына) тәуелді екені айқын: n=f() (18.8) Дисперсия салдарынан көрінетін табиғи ақ жарық призмадан өткенде түсті кемпірқосақ жолақтарына жіктеледі. Осы жолақтар дисперсиялық немесе призмалық спектр деп аталады. Толқын ұзындығы аз күлгін сәу-лелердің призма табанына ауытқу бұрышы толқын ұзындығы үлкен сәулелерге қарағанда (мысалы, қызыл) үлкенірек болады (44-сурет). Призмадан өткен сәулелердің ауытқу бұрышы: =A(n-1) (18.9) мұндағы A– призманың сындыру бұрышы, n – призма затының сыну көрсеткіші. ақ қызыл күлгін 44-сурет Сыну көрсеткішінің дисперсиясы заттың сыну көрсеткішінің толқын ұзындығының өзгеруімен қалай өзгеретінін сипаттайды: (18.10) Нормаль (қалыпты) дисперсия – мөлдір заттың сыну көрсеткішінің толқын ұзындығы өскенде кемуі: немесе (18.11) Анормаль дисперсия – мөлдір заттың сыну көрсеткішінің толқын ұзындығы азайғанда кемуі: немесе (18.12) Анормаль дисперсия жарықтың интенсивті жұтылу жолақтарында байқалады. Мысалы, кәдімгі шыныда мұндай жолақтар спектрдің инфрақызыл және ультракүлгін бөліктеріне сәйкес болады. Лоренцтің электрондық теориясы бойынша, жарық дисперсиясы – зат құрамындағы зарядты бөлшектердің электрмагниттік толқындармен әсерлесуі барысында толқынның айнымалы электрмагниттік өрісінде еріксіз тербелістерде болу нәтижесі. Максвелл теориясы бойынша жарық толқындары көлденең: жарық толқынының электр өрісі кернеулігі мен магнит өрісі кернеулігі векторлары өзара перпендикуляр және толқынның таралу бағытына (сәулеге) перпендикуляр тербеледі ( ). Жарық векторы ретінде қабылданған. Табиғи жарық –жарық векторының (демек, векторының да) барлық бағыттағы тербелістері тең ықтималды жарық (45 а-сурет). Табиғи жарық толқындарының барлық бағыттағы орташа интенсивтігі бірдей.
а 45-сурет б Жарық поляризациясы –жарық векторының тербеліс бағыттары қандай да бір жолмен реттелу құбылысы. Поляризация жазықтығы – жарық векторының тербеліс бағыты мен жарық толқынының таралу бағыты арқылы өтетін жазықтық. Ішінара поляризацияланған жарық – жарық векторы тербелістерінің басым бағыттары (бірақ үнемі толық емес) болатын жарық (45б-сурет). Ішінара поляризацияланған жарықты бір мезгілде бір бағытта таралатын табиғи және сызықты – поляризацияланған жарықтың жиынтығы ретінде қарастыруға болады. Жазық поляризацияланған (сызықты-поляризацияланған) жарық – жарық векторы (демек, векторы да) сәулеге перпендикуляр бір бағытта ғана тербелетін жарық (46-сурет). 46-сурет 47-сурет. Эллипсті поляризацияланған жарық – уақыт өтуімен жарық век-торының ұшы сәулеге перпендикуляр жазықтықта эллипс сызатындай болып тербелетін жарық (47-сурет). Жазық поляризацияланған жарық эллипсті поляризацияланған жарықтың шекті күйі болып есептеледі. Поляризатор – поляризацияланған жарықты алуға, анықтауға және сараптауға арналған құрылғы. Оның екі түрі болады: поляризациялық призма және поляроид. Жазық поляризацияланған жарықты алу және сараптау. Табиғи жарық түсіп тұрған поляроид (поляризатор Р –жарық векторының тербелісіне қатысты анизотропты орта) өзінің бас жазықтығына параллель тербелістерді өткізеді. Поляроидтан шыққан жазық поляризацияланған жарықтың интенсивтігі табиғи жарықтың интенсивтігінің жартысына тең болады: I0=Iт/2. Өткен жарықтың жолына екінші поляроид (анализатор А) қойғанда, оның бас жазықтығы поляризатордың бас жазықтығына параллель болса (48 -сурет), анализатордан өткен жарықтың интенсивтігі: Анализатордың бас жазықтығы поляризатордың бас жазықтығына перпендикуляр болғанда (49 - сурет): Поляризация дәрежесі: (18.13) мұндағы - анализатордан өткен жарықтың максимал интенсивтігі; - анализатордан өткен жарықтың минимал интенсивтігі. 48-сурет 49-сурет Малюс заңы: поляризатор мен анализатордан өткен жарық толқынының интенсивтігі олардың бас жазықтықтарының арасындағы бұрыштың косинусының квадратына пропорционал болады. (18.14) Екі ортаның шекарасынан шағылған және сынған жарық ішінара поляризацияланады. Шағылған сәуледе жарықтың түсу жазықтығына перпендикуляр тербелістердің, ал сынған сәуледе жарықтың түсу жазықтығына параллель тербелістердің үлесі көп болады (50а-сурет). Брюстер заңы: Екі мөлдір изотропты диэлектриктің шекарасына түскен табиғи жарық сәулесінің түсу бұрышының тангенсі екінші ортаның бірінші ортаға қатысты салыстырмалы сыну көрсеткішіне тең болса, шағылған жарық толық поляризацияланады. tgB=n21 (18.15) мұндағы - Брюстер бұрышы, - екінші ортаның бірінші ортаға қа-тысты салыстырмалы сыну көрсеткіші. Шағылған сәуледе жарықтың түсу жазықтығына перпендикуляр тербелістер ғана болады (50б-сурет). Сынған сәуле максимал (толық емес) поляризацияланады және шағылған сәулеге перпендикуляр таралады. а 50 -сурет б жүктеу/скачать 3.65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|