Интерференция волн от нескольких точечных источников.
Рассмотрим физические принципы работы упомянутой фазовой решетки. Для этого рассчитаем результат интерференции волн, испущенных рядом точечных источников S1, S2,...SN, расположенных на одной прямой и на равном расстоянии d друг от друга (Рис. 318). Каждый источник испускает сферические волны, одинаковой частоты, которые интерферируют во всем пространстве. Наша задача заключается в расчете амплитуды результирующей волны в некоторой точке, находящейся на очень большом расстоянии от источников (на рисунке не показана, так как находится очень далеко; зато лучи проведенные от источников до этой точки практически параллельны). Обозначим угол θ между направлением на эту точку и нормалью к системе источников. Опять мы рассматриваем задачу описания «интерференции параллельных лучей» - то есть, используем приближение, в котором разность хода от двух соседних источников до точки наблюдения описывается формулой
.
Интерференция двух плоских волн.
Участок сферической волны на большом расстоянии от источника можно приближенно рассматривать как плоскую волну. Поэтому использованное нами приближение «параллельных лучей» равносильно переходу к рассмотрению плоских волн – действительно, если семейство волновых лучей является набором параллельных прямых, то перпендикулярные им волновые поверхности представляют набор параллельных плоскостей (рис. 326).
Следовательно, интерференция сферических волн на большом расстоянии от источников может быть описана как интерференция более простых плоских волн.
Поляризация (франц. polarisation, первоисточник: греч. pólos — ось, полюс) — процессы и состояния, связанные с разделением каких-либо объектов, преимущественно в пространстве. Поляризация может возникнуть при отражении света от среды, например, при рассеянии на пылинках. Астрономы изучают также поляризацию излучения молекул в межзвездном пространстве, связь поляризации с напряженностью магнитного поля. Волны, колебания которых происходят в определенных плоскостях, называются поляризованными волнами.
Как мы знаем, свет - это электромагнитное излучение с векторами напряженности электрического поля и напряженности магнитного поля, перпендикулярными друг другу и направлению распространения волны. Таким образом, помимо своего направления световой пучок характеризуется еще одним параметром - плоскостью, в которой колеблется электрическая (или магнитная) компонента поля. Если колебания вектора напряженности электрического поля в пучке света происходят в одной определенной плоскости (а вектора напряженности магнитного поля - в перпендикулярной ей плоскости), то говорят, что свет является плоскополяризованным; плоскость колебаний вектора E напряженности электрического поля называется плоскостью поляризации. Колебания вектора E в случае естественного света принимают всевозможные ориентации, поскольку свет реальных источников слагается из света, хаотически испускаемого большим числом атомов без какой-либо преимущественной ориентации. Такой неполяризованный свет можно разложить на две взаимно перпендикулярные компоненты одинаковой интенсивности. Возможен и частично поляризованный свет, в котором доли компонент неодинаковы. В этом случае степень поляризации определяется как отношение доли поляризованного света к полной интенсивности. Существуют и два других типа поляризации: круговая и эллиптическая. В первом случае вектор E колеблется не в фиксированной плоскости, а описывает полную окружность при прохождении светом расстояния в одну длину волны; величина вектора при этом остается постоянной. Эллиптическая поляризация аналогична круговой, но только в этом случае конец вектора E описывает не окружность, а эллипс. В каждом из этих случаев в зависимости от того, в какую сторону поворачивается вектор E при распространении волны, возможна правая и левая поляризация. Неполяризованный свет в принципе можно разложить на два пучка с круговой поляризацией в противоположных направлениях. Когда свет отражается от поверхности диэлектрика, например стекла, и отраженный, и преломленный лучи являются частично поляризованными.
В некоторых кристаллах, таких, как турмалин, двойное лучепреломление хотя и имеет место, обыкновенный луч почти полностью поглощается, а выходящий луч является плоскополяризованным. Тонкие плоскопараллельные пластинки, изготовленные из таких кристаллов, очень удобны для получения поляризованного света, хотя поляризация в этом случае и не является стопроцентной. Некоторые кристаллы, например кварц, хотя и имеют оптическую ось, вдоль которой отсутствует двойное лучепреломление, тем не менее способны поворачивать плоскость поляризации проходящего через них света, причем угол поворота зависит от оптической длины пути света в данном веществе. Таким же свойством обладают и некоторые растворы, например раствор сахара в воде. Существуют левовращающие и правовращающие вещества в зависимости от направления вращения (со стороны наблюдателя). Поворот плоскости поляризации обусловлен различием в показателях преломления для света с левой и правой круговой поляризацией.
Заключение.
Работа Френеля завоевала признание ученых. Вскоре появился целый ряд экспериментальных и теоретических работ, подтверждающих волновую природу света.
В середине XIX века начали обнаруживаться факты, указывающие на связь оптических и электрических явлений. В 1846 г. М. Фарадей наблюдал вращения плоскостей поляризации света в телах, помещенных в магнитное поле.
Практическое значение оптики и её влияние на другие отрасли знания исключительно велики. Область явлений, изучаемая физической оптикой, весьма обширна. Оптические явления теснейшим образом связаны с явлениями, изучаемыми в других разделах физики, а оптические методы исследования относятся к наиболее тонким и точным. Поэтому неудивительно, что оптике на протяжении длительного времени принадлежала ведущая роль в очень многих фундаментальных исследованиях и развитии основных физических воззрений. Достаточно сказать, что обе основные физические теории прошлого столетия - теория относительности и теория квантов - зародились и в значительной степени развились на почве оптических исследований.
Список литературы:
Общий курс физики: Оптика Сивухин Д.В. - М.: Наука, 1980.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. редактор А. М. Прохоров. 1983.
Физика 10 кл. Слободянюк А.И.
Волновая оптика. Учебник для ВУЗов Калитеевский Р.Е. Лань 2006