ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 56
Скачиваний: 0
шире допустимый спектральный интервал для наблюдения ин терференции и лучше видимость. Часто интерферометры осве щают светом с длинами волн порядка 400—750 -им (белым). В этом случае интерференция излучений с разными длинами волн в одной точке поля представляет собой величины раз личных порядков, .и в местах, где разности хода отличны от нуля, полосы получаются окрашенными. Чем меньше раз ность хода, тем более сочную окраску имеют полосы, с увели чением разности хода картина бледнеет и при разности хода свыше 5 мкм исчезает.
Для излучений с узкими апектральньгми интервалами, на пример, излучений, выделяемых с помощью 'Интерференцион ных фильтров, длина когерентности составляет 10—20 мкм, для красной линии излучения естественного кадмия — около 330 мм и для первичного эталонного излучения оранжевой ли нии изотопа криптона-86—910 мм. Высокой временной и про странственной когерентностью отличаются излучения оптиче ских квантовых генераторов.
Явление интерференции света широко используется в опти ческих измерениях. Ее применение позволяет получить высо кую точность при измерениях длины, длин волн монохромати ческих излучений, показателей преломления, углов, при оценке форм точных поверхностей и для измерений других величин.
В поляризационных измерениях и при исследовании кри сталлов широко используется явление интерференции поляри зованного света. При этом пользуются как белым, так и моно хроматическим светом.
Г л а в а I
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ
Поляризованный свет отличается от естественного опреде ленным упорядоченным состоянием колебаний. Общий случай распространения поляризованной световой волны состоит в сложении когерентных волн с взаимно перпендикулярными компонентами вектора напряженности электрического поля. Между компонентами существует определенная разность фаз, и отношение амплитуд составляющих сохраняется постоян ным во времени.
Форма кривой, описываемой концом проекции светового вектора на плоскости, перпендикулярной к лучу, определяет собой тип поляризации. В соответствии с этим различают три типа поляризации света: линейную, эллиптическую « круго вую. Линейно поляризованным или плоско поляризованным светом называют свет, конец проекции светового вектора ко торого движется по прямой (рис. 6, а). Конец проекции векто ра эллиптически поляризованного света описывает эллипс (рис. 6, б). Конец проекции вектора света с круговой или цир кулярной поляризацией описывает круг (рис. 6, в).
Свет, состоящий из естественного и поляризованного (эл липтически, циркулярно или линейно), называется частично поляризованным светом. В луче частично поляризованного
•света электрический вектор ориентирован преимущественно в одном направлении.
Частично поляризованный свет характеризуют степенью по ляризации, определяемой для света с частичной линейной по
ляризацией уравнением |
Фщах ' |
Фщ1п |
|gj |
р |
|||
~ |
Фщах + |
'КтМп’ |
|
где Фшах — максимальный поток излучения, выделяемый ана лизатором; Фт1п — минимальный поток излучения (при кото ром анализатор стоит в положении, перпендикулярном к пре
дыдущему).
Свет искусственных источников света частично поляризо ван.
16
а
>
Т б с . ПУЬЛЙГЦнаЯ -
НАУЧНО.TFYW uu £2 lJ . ,
ЛИНЕЙНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ЗАКОН МАЛЮСА
Колебания линейно поляризованного света происходят только в одной плоскости — плоскости поляризации*. Линей но поляризованный свет характеризуется наклоном плоскости колебаний, т. е. азимутом. Азимутом в дальнейшем будем на зывать угол в плоскости, перпендикулярной к лучу, между 'На правлением колебаний и горизонтальным направлением, лежа
|
щим |
в этой |
же плоскости. |
|||
|
Оптические устройства, по |
|||||
|
зволяющие выделить из естест |
|||||
|
венного света линейно поляри |
|||||
|
зованный, называются поляри |
|||||
|
заторами. |
Поляризатор, |
ис |
|||
|
пользуемый |
для |
определения |
|||
|
состояния |
поляризации света, |
||||
|
назы'вается |
|
аиалнзатором. |
|||
|
Если вышедший |
из поляриза |
||||
|
тора свет с амплитудой |
коле |
||||
|
баний А0проходит через анали |
|||||
|
затор (рис. 7), |
то по> выходе из |
||||
Рис. 7. ЛииеГжо поляризованный |
него |
амплитуда |
колебаний Л’ |
|||
свет, проходящий через анализатор |
составит A =/l0cos в,, где (-) — |
|||||
|
угол между |
направлением ко |
||||
лебаний света, выходящего из поляризатора, и направлением колебаний, пропускаемых анализатором. ,
Поток излучения пропорционален квадрату амплитуды, по этому поток Ф, вышедший из анализатора, определится сле
дующей зависимостью, называемой законом Малюса: |
|
|
Ф = Фо cos2 |
0 , |
(7) |
где Фо— поток излучения линейно |
поляризованного |
света, |
падающий на анализатор.
Закон Малюса показывает, что поток излучения, выходя щего из анализатора, при вращении анализатора вокруг иссле дуемого луча как оси изменяется прямо пропорционально квадрату косинуса угла между направлениями колебаний, пропускаемых поляризатором и анализатором. Если эти на правления параллельны (0 = 0 или 0= 180°), то пропускаемый поток наибольший, так как cos20 = 1 , и равен потоку излуче-
* В сборнике рекомендуемых терминов Комитета научно-технической терминологии АН СССР, вып. 72 «Физическая оптика» (М., «Наука», Шбв) на стр. 8 сказано, что плоскостью поляризации называется «плоскость, про ходящая через электрический вектор и направление распространения элек тромагнитной волны».
18
ния, выходящего из поляризатора. Когда анализатор и поля ризатор скрещены, т. е. направления пропускаемых ими коле баний взаимно перпендикулярны (0 = 90° или 0 = 270°), cos2 0 = 0, поляризованный свет не выходит из анализатора, он гасится. Этот закон справедлив для поляризаторов и анализа торов любых конструкций.
В естественном свете все направления колебаний равно вероятны, и поток излучения выделенного из него линейно поляризованного света пропорционален среднему значению cos20, т. е. 1/2. При вращении поляризатора вокруг естест венного луча как оси поток излучения меняться не будет.
ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА
В однородной среде свет распространяется прямолинейно. При падении луча на границу двух прозрачных сред он раз деляется на два луча — отражен ный и преломленный (рис. 8).
Отраженный и преломленный лу чи на поверхности диэлектрика частично поляризованы. В отра женном луче колебания происхо дят преимущественно в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения, а в проходящем луче преобладают колебания, парал лельные плоскости падения.
Относительным показателем преломления второго вещества по отношению к первому называется величина, определяемая выраже нием
sin ц |
_ |
(8) |
|
sin /2 |
t)2 ’ |
||
|
где vj и v2— скорости распространения света в первом и вто ром веществах.
Если свет распространяется из пустоты в какое-либо веще-
ство, то отношение |
sin I, |
с |
называется аосолютным no- |
-----1 == — |
|||
|
sin i2 |
t'2 |
|
казателем преломления или просто показателем преломления «2 вещества.
Относительный показатель преломления двух веществ ра
вен отношению их абсолютных |
показателей |
преломления: |
|
л21 = — |
и |
л12= — . |
(9) |
«1 |
|
и2 |
|
2*
Вещество с большим показателем 'преломления .называется
оптически более плотным. |
что п.\sin/, = iu sin i2. |
Из равенств (8) и (9) следует, |
|
Для некоторого угла падения, |
называемого предельным, |
при переходе света из оптически более плотной среды в менее
сред под углами, равными или большими предельного' угла.
Рис. 9. Полное внутреннее отражение
свет во вторую среду не проходит (рис. 9), а полностью отра жается (полное внутреннее отражение).
Лучи различных длин волн в одной и той же среде прелом-
.ляются по-разному, их показатели преломления различны, т. е. n = f(X). Вследствие этого всякое преломление пучка лу чей света, имеющего сложный состав, сопровождается диспер сией — разложением пучка лучей по длинам волн на отдель ные составляющие. Показатель преломления для фиолетовых лучей больше, чем для красных, поэтому фиолетовые лучи после перехода из менее плотной среды в более плотную пре ломляются сильнее.
Френелем установлено, что значения амплитуд световых векторов отраженной и преломленной волн зависят от направ лений колебаний в падающей (под 'различными углами) ли нейно поляризованной плоской волне. Если обозначить ампли
туды составляющих светового |
вектора, перпендикулярных к |
плоскости падения, через А и, |
Ли и y42s д л я падающей, отра |
женной и преломленной воли соответственно и подобно этому
■20
дать обозначения для составляющих, параллельных плоско
сти падения, — A lp, A ip и А2р также для падающей, отражен ной и преломленной волн, а угол падения и угол преломле ния обозначить через i] и i2, то будут иметь место следующие зависимости:
л ' |
_ |
|
л |
sin U i — /21 |
|
|
|
|
|
~ Т. Г—Г » |
|
|
|
|
|
sm (ц -)- г2) |
|
|
= АIs |
2 sin i2 cos /, |
|
||
|
|
|
|
sin (г\ -f- i2) |
( 1.0). |
|
j |
|
|
tg Oi — <2! |
|
‘ I р |
1P |
|
|||
|
tg(ii + i2) |
|
|||
л |
... л |
|
|
2 sin /г cos ij |
|
Л|>_— **lo |
|
|
|||
|
|
и sin (ix -f- (2) cos (i1— (2) |
|
||
. Применяя формулы Френеля (10), можно оценить поляри зацию в отраженной и преломленной волнах дли различных, углов падения. Отношения амплитуд отраженной и преломн ленной волн с колебаниями, перпендикулярными к плоскостипадения, к амплитуде той части падающей волны, колебания7 которой также перпендикулярны к плоокости падения, выра зятся в соответствии с выражением (10) следующими, уравне:- ниями:
А и _ |
sin (/j. — /а) |
A i s |
s i n U j + i * ) ’ |
Ац,_2sin/2cos;! |
|
Ли |
sinitj + ia) |
Из формулы (10) можно получить также отношения — г
AiP
и вычислить четыре отношения для некоторых углов па-
А\р
дения. Если считать, что /г|2=1,52 (свет падает из воздуха на: стекло), то для
h — 0 ^ = |
- 0 ,2 ; |
|
|
^2Д_= 0,8; |
А\р __ 0 ,2 |
и |
= 0 ,8 ; |
■Ais |
Alp |
Aip |
|
i\ "n
со о о
A\s _ - 1 , 0 ; — = 0;
Aip
' \ |
21 |
|