Світлова хвиля і її характеристики

Оптика - це розділ фізики, який вивчає поширення світла і взаємодія його з речовиною. Світло являє собою електромагнітне випромінювання і має двоїсту природу. В одних явищах світло поводиться як електромагнітна хвиля, в інших - як потік особливих частинок фотонів або квантів світла. Хвильовими властивостями світла займається хвильова оптика, квантової - квантова.

Світло - потік фотонів. З точки зору хвильової оптики світлова хвиля - це процес коливання електричного і магнітного полів, що поширюються в просторі.

Оптика займається світловими хвилями, в основному інфрачервоного, видимого, ультрафіолетового діапазонів. Як електромагнітна хвиля світло має такі властивості (вони слідують з рівняння Максвелла):

Вектора напруженості електричного поля E, магнітного поляHі швидкість поширення волниVвзаімно перпендикулярні і утворюють правовінтовую систему.

Вектора EіHколеблются в одній фазі.

Для хвилі виконується умова:

Рівняння світлової хвилі має, десь хвильове число, - радіус-вектор, - початкова фаза.

При взаємодії світлової хвилі з речовиною найбільшу роль відіграє електрична складова хвилі (магнітна складова поза магнітних середовищах впливає слабкіше), тому Eназиваютсветовим вектором і його амплітудуобозначают А.

Рівняння (1) є рішенням хвильового рівняння, яке має вигляд:

(2), десь лапласіан; V- фазова скоростьv = c / n (3).

Для немагнітних середовищ = 1 =>. З (3) видно, чтоn = c / v. По виду хвильової поверхні розрізняють плоскі, сферичні, еліптичні і т.д. хвилі.

Для плоскої хвилі амплітуда світлового вектора рівняння (1) постійна. Для сферичного вона зменшується з відстанню від джерела за законом.

Перенесення енергії світлової хвилі характеризується вектором Поінтіга.

Він являє собою щільність потоку енергії і спрямований по швидкості - в сторону його перенесення. Вектор Sочень швидко змінюється з часом, тому будь-який приймач випромінювання, в тому числі і очей, протягом часу спостереження, набагато більшого, ніж період хвилі, реєструє усереднене за часом значення вектора Поінтіга, яке називаетсяінтенсівностью світлової хвилі., Де. З огляду на (1) і те, що дляHоно має такий же вигляд, можна записати, що (4)

Якщо усереднити рівняння (4) за часом, то другий доданок зникне, тоді (5). З (5) випливає, чтоI- (6).

ІнтенсівностьI - це кількість енергії переноситься за одиницю часу пучком через одиницю площі. Лінію, по якій поширюється енергія хвилі, називаетсялучом. Ще однією характеристикою світлової хвилі є поляризація. Реальний джерело складається з величезного числа атомів, які випромінюють, будучи збудженими, в теченііt = 10 -8 c, випускаючи при цьому обривок хвилі λ = 3м.

Ці хвилі мають різні напрямки вектора EВ просторі, тому в результуючому випромінюванні за час спостереження зустрічаються різні напрямки вектораE, тобто направленіеEдля реального джерела змінюється хаотично за часом, і світло від такого джерела називаетсяестественним (неполяризованим). Якщо ж напрямок коливань вектораEупорядочени, то таке світло -полярізованний. Розрізняють світло плоско поляризований, поляризований по колу і еліпсу.