Реферат хвильова і квантова оптика скачать

Хвильова оптика.

По суті, ці межі визначаються використовуваними способами отримання та реєстрації електромагнітних хвиль. Випромінювання електромагнітних хвиль відбувається при прискореному русі електричних зарядів. Електромагнітні хвилі радіодіапазону випромінюються антенами радіопередавачів при вимушених коливаннях електронів в антенах. Всі електрони в антені роблять коливання в однаковій фазі. Оскільки ці коливання можуть підтримуватися дуже довго і з високою постійністю частоти, то випромінюються при цьому радіохвилі з величезною ступенем точності можна вважати монохроматичними.

В оптиці все інакше. Будь-яке джерело світла - це скупчення безлічі порушених або безперервно порушуваних атомів. Генератор світлової хвилі - це кожен окремий атом речовини. Збуджений атом випромінює цуг майже монохроматичних хвиль кінцевої протяжності. Характерною особливістю кожного елементарного джерела є його самостійність, незалежність від інших атомів. Тому навіть у тому випадку, коли окремі цуги можна характеризувати однією і тією ж довжиною хвилі?, Співвідношення фаз між цугамі хвиль, випроменених різними атомами, мають абсолютно випадковий характер і безперервно змінюються. Тільки в лазері, де використовується вимушене випромінювання, вдається змусити всі збуджені атоми випромінювати електромагнітні хвилі узгоджено, подібно тому як це відбувається в антені радіопередавача.

У результаті утворюється світлова хвиля, близька за своїми властивостями до ідеальної монохроматичній, - когерентна електромагнітна хвиля. Випромінювання звичайних джерел світла, таких, як розпечені тверді або рідкі тіла, порушені електричним розрядом гази і т. д., являє собою накладення величезного числа не узгоджені між собою цугов хвиль, тобто фактично,, світловий шум "-безладні, некогерентні коливання електромагнітного поля. Спостерігати інтерференцію світла від таких некогерентних джерел можна, тільки використовуючи спеціальні прийоми - розділяючи вихідний пучок на два. Хоча в кожному з цих пучків, як і у вихідному, фазові співвідношення між різними цугамі безперервно хаотично змінюються, ці зміни будуть однаковими для обох пучків. Якщо ці пучки знову звести разом, то можна спостерігати стійку інтерференційну картину за умови, що різниця ходу між пучками не перевищує довжини окремого цугу.

Якщо ж різниця ходу виявиться більше довжини цугу, то стійкою інтерференційної картини не буде, так як в цьому випадку буде відбувається накладення цугов, випроменених різними атомами. Явище інтерференції світла вперше було пояснено на основі хвильових уявлень Юнгом в 1802 році. У виробленому їм досвіді малий отвір А в непрозорому екрані висвітлювалося інтенсивним джерелом світла. Принцип Гюйгенса: кожна точка, до якої доходить хвиля, служить центром вторинних хвиль, а обвідна цих хвиль дає положення хвильового фронту в наступний момент часу. На підставі принципу Гюйгенса цей отвір можна вважати новим точковим джерелом напівсферичних хвиль. Ці хвилі падають на два малих отвори S1 і S2 в наступному екрані, які в свою чергу стають новими точковими джерелами хвиль. Таким способом в досвіді Юнга досягається поділ вихідної хвилі на дві. Ці хвилі накладаються один на одного в області за отворами і можуть інтерферувати, так як джерела S1 і S2 когерентні.

На екрані У утворюється інтерференційна картина. Поділ хвилі від первинного некогерентного джерела на дві когерентні хвилі, тобто отримання двох вторинних когерентних джерел, може здійснюватися різними способами. Але розрахунок інтерференційної картини у всіх таких випадках проводиться однаково, так само, як і в схемі Юнга. Якщо у випромінюванні первинного джерела всі незалежні цуги хвиль характеризуються однієї і тієї ж довжиною хвилі?, То для випромінювання вторинних джерел S1 і S2 можна використовувати монохроматичну ідеалізацію, незважаючи на те, що їх випромінювання також представляє собою ту ж хаотичну послідовність окремих цугов. Заміна такій послідовності цугов нескінченної синусоїдальної хвилею можлива тут тому, що точкові вторинні джерела когерентні, а різниця ходу випромінюваних ними хвиль в будь-якій точці екрану В менше протяжності окремого цугу. Для цього зрозуміло, екран В повинен бути віддалений від джерел S1 і S2 на значну відстань L, а відстань d між джерелами S1 і S2 має бути достатньо мало.

Схема розрахунку інтерференційної картини: У точці О, відстані до якої від джерел S1 і S2 однакові, які надходять хвилі підсилюють один одного, так як коливання поля в цій точці відбуваються в однаковій фазі. Результат складання коливань в довільній точці Р визначається різницею ходу l хвиль, що приходять в Р з S1 і S2. Якщо l одно цілому числу довжин хвиль?, То коливання в Р підсилюють один одного; якщо l одно непарному числу півхвиль, то коливання взаємно послаблюються. Висловимо різниця ходу l хвиль, що приходять в точку Р, через кут? між віссю і напрямком на точку Р і відстань d між джерелами.