Основные явления волновой оптики

Из работ Максвелла об электромагнитном излучении, известно, что свет является видом электромагнитных (ЭМ) волн. ЭМ-волна - это поперечная волна, в которой колебания векторов напряжённости электрического и магнитного полей происходит перпендикулярно вектору направления движения. Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью 300 000 километров в секунду. Волновые свойства света проявляются в таких явлениях как интерференция, дифракция и поляризация.

Интерференция света. Интерференция является результатом суперпозиции световых волн. Наложение происходит всегда, когда в среду посылаются две волны и больше. Но интерференция происходит только при условиия, что свет исходит от когерентных источников. Волны называнются когерентными, если между ними существует постоянная разность фаз. Два естественных источника света не могут быть когерентным, поскольку электромагнитные волны в них испускаються произвольно многими атомами и молекулами, и волновые фазы изменяются часто и беспорядочно.

Когерентные световые лучи формируются, если они порождаются одним источником и разделены с помощью специальной призмой. Световые лучи могут стать когерентными также при их отражении от обеих поверхностей тонкой плёнки. Источниками когерентного света являются лазеры.

Если когерентные световые лучи падают на экран, они формируют стабильную комбинацию световых максимумов и минимумов (светлые и темные полосы). Световые максимумы формируются в местах, где когерентные лучи от обоих источников находятся в одинаковой фазе, минимумы - где они находятся в противофазе (противоположной фазе).

Дифракция света. Дифракция волн происходит при их прохождении через щель и вокруг препятствий. Эксперимент показывает, что волны могут обгибать объекты достаточно малого размера. Так, если длина волны меньше ширины щели или препятствия, то происходит отражение и поглощение света. А если длина волны света больше размера припятствия или щели, то происходит дифракция волн: проходя через узкую щель, световой луч разделяется, а, встречая на пути препятствия, огибает их.

Дифракционная решетка состоит из многих щелей, расположенных параллельно друг другу. При прохождении через щели дифракционной решетки световые волны интерферируют, формируя на экране дифракционную картину. Прохождение световых волн через щели решетки зависит от их длины. Излучение различных атомов и молекул, в свою очередь, характеризуется определенным соотношением световых волн разных длин волн. Таким образом, спектр излучения атомов и молекул, полученный разложением белого света с помощью дифракционной решетки, используется для спектрального анализа химического состава вещества.

Поляризация света. Свет, подобно любой другой поперечной волне, можно поляризовать. При распространении в среде поперечной волны плоскость колебания вектора напряжённости электрического поля может проходить через любую линию, перпендикулярную направлению распространения волны.

Электромагнитные волны представляют собой колебания напряженностей электрического и магнитного полей во взаимно перпендикулярных плоскостях, перпендикулярных также направлению движения волны. Если колебания вектора напряженности электрического поля осуществляются преимущественно в одной плоскости, то говорят, что волна линейно поляризована вдоль этого направления. Излучение одиночного атома или молекулы поляризовано. В образце вещества атомы и молекулы излучают произвольно, поэтому световой луч неполяризован.

Поляризованный свет может быть получен из неполяризованного несколькими способами. Наиболее распространённым является поглощение света поляроидами, представляющими собой пленку с нанесенными на нее кристаллическими веществами, способными пропускать свет преимущественно в одной конкретной плоскости.