Новости Словари Конкурсы Бесплатные SMS Знакомства Подари звезду
В нашей
базе уже
59876
рефератов!
Логин

Пароль

Лекции по Физической оптике

Лекции по Физической оптике.
Лекции по Физической оптике
- 3 -_ГЛАВА 1._я21.Применяемые обозначения. Некоторые формулы, связывающиея2перечисленные величины.2Электромагнитная теорияE - напряженность электрического поля;H - напряженность магнитного поля;D - электростатическое смещение;B - магнитная индукция;P = - вектор Пойнтинга,плотность потока мощности;V - световой вектор, заменяет вектор E, когда нет необходимостиучитывать электромагнитную природу света.2Величины, описывающие волнуc - скорость света в вакууме;длина волны в вакууме;частота света;круговая частота;k - волновое число (или волновой вектор).Связь между этими величинами :;- фазовая скорость, где n - показатель преломлениясреды;2- групповая скорость, где под k понимается kn в средес дисперсией.2Квазичастицы - фотоны.2- энергия, p - импульс, s - момент импульса - спин.Связь волновых и фотонных величин дается формулами :2Определим оптический диапазон длин волн в широком смысле,как ультрафиолетовую (УФ), видимую и инфракрасную области(ИК). Границами видимой области являются 0.4мкм и 0.76мкм,граница УФ, ИК, рентгеновского и радиодиапазона условны.ИК-об-ласть подразделяется на поддиапазоны : 0.76-1.5 мкм - ближний,1.5-12мкм - средний, 12-120мкм - дальний. Излучение с длинойволны 120-1000мкм оптики включают в дальний ИК-диапазон, носуществует другое название - субмиллиметровый поддиапазон._я22. Равновесное тепловое излучение. Фотоны.2Тепловое движение электрических зарядов в любом теле соз-дает электромагнитное излучение, интенсивность которого за-висит от температуры и оптических свойств тела. Происхождениеэтого излучения представляется на основе моделей тела в видесистемы осцилляторов, излучающих электромагнитные волны вовнешнее поле и поглощающих энергию из поля. Если в среднеммощность излучения в поле равна мощности, приходящей из поля,то система тело-поле находится в равновесии, и излучение теланазывается равновесным. Условие равновесия выполняется в замк-нутой изотермической полости. Такая полость ведет себя какабсолютно черное тело(АЧТ), т.к. луч, проникший в полость изв-не, будет полностью поглощен при многократных отражениях ирассеяниях на стенках полости.2Напомним о законе Кирхгофа: отношение излучательнойспособности любого тела (выраженной в ед. мощности с ед. пло-щади) к его поглощательной способности(доля поглощенного излу-чения) является универсальной функцией температуры и частотыизлучения. Поглащательная способность АЧТ равна 1. Отсутствие2- 4 -зависимости от материала стенок полости АЧТ делает его эталон-ным излучателем.2Проблема нахождения вида универсальной функции, выражающейраспределение мощности излучения по спектру при заданной тем-пературе АЧТ была решена на основе квантовой гипотезы Планка,согласно которой испускание и поглощение электромагнитного из-лучения происходит дискретно(фотонами). Фотон имеет спин 1,что соответствует круговой поляризации волны. Фотоны относятсяк классу бозонов. Статистика Бозе-Эйнштейна исходит из положе-ния, что любое состояние системы может быть занято любымчислом частиц. Вероятность рождения фотона в данном состоянииw пропорциональна числу уже имеющихся фотонов n в этом состоя-нии плюс 1. Наличие единицы означает, что фотон может возник-нуть, если других фотонов в этом состоянии нет (процесс спон-танной эмиссии).2Еще один вывод квантовой механики заключается в том, чтоэнергия гармонического осциллятора равна,где m - целое число. При m=0 осциллятор имеет энергию.Это "нулевые" колебания.2Наличие фотонов в данном состоянии увеличивает вероят-ность рождения нового фотона. Эта стимулированная или индуци-рованная эмиссия служит основой генерации лазерного излучения._я23. Формула Планка.2На рис. 1.1 стрелками изображены процессы поглощения ииспускания двух типов (спонтанного и стимулированного) длядвухуровневой системы. Число актов поглощения за 1с. пропорци-онально числу атомов в нижнем состоянии, а число актовиспускания пропорционально числу атомов в верхнем состоянии2. Вероятности переходов вверх и вниз одинаковы - они опреде-ляются волновыми функциями нижнего и верхнего состояний.2При равновесии число переходов вверх равно числу переходоввниз. Учтем теперь принцип Больцманаи далее21.1Тогда для энергии фотона21.1аНужно знать, сколько состояний в интервале частотимеет электромагнитное поле в полости АЧТ ? При квантовом под-ходе каждому состоянию приписывается обЪем в фазовом прост-ранстве, равный,как следствие соотношения неопределен-ностей Гейзенберга2Нас интересуют состояния в сферическом слое dp (рис.1.2).Его объем равен, а число состоянийравно2Заменив, получим2Каждое состояние характеризуется еще и спином, то есть по-ляризицией вправо или влево по кругу, поэтому полное числосостояний вдвое больше.2Итак, число состояний в интервале частот равно2- 5 -Выражение называется спектральной плотностьюсостояний. Умножив среднюю энергию одного состояния на числосостояний, получим энергию электромагнитного поля в единицеобъема в интервале частот21.2Это и есть знаменитая формула Планка.2Формулу Планка целесообразно переписать для плотности по-токов мощности излучения, иначе говоря энергетической свети-мости2Формула Планка для энергетической светимости приобретаетвид 1.2аЗаменим на получим21.2б2Эта функция табулирована. График ее на рис.1.3. Определивположение максимума распределения, получим закон Вина21.3.Проинтегрировав распределение Планка по всем длинам волн, по-лучим закон Стефана-Больцмана для всего спектра излучения АЧТ,согласно которому полная (интегральная) энергетическая свети-мость пропорциональна 4-ой степени абсолютной температуры21.4.2Для отличия теплового излучения реальных тел от излученияАЧТ вводится коэффициент излучения ("коэффициент се-рости"). Это отношение энергетических светимостей реальноготела и АЧТ. Ясно, что коэффициент излучения всегда меньше 1.Наименьшей величиной обладают полированные металли-ческие поверхности (зеркала). Для золотого зеркала - 0.02.Близкой к АЧТ является поверхность, покрытая сажей (0.98). Бе-лая бумага и кожа человека имеют =0.93 и 0.98 соответственнопри температурах 20 и 32 градуса Цельсия._я24. Флуктуации теплового излучения.2Как и во всех областях метрологии, при измерении слабыхпотоков излучения флуктуации определяют предельные возможностиизмерительного устройства.2Приведем формулы для среднего числа квантов и дисперсиичисла квантов21.62В случае формула дисперсии приобретает вид,
Умар.Ш. был тут !!!!!
 
давайте изгоним мат !!!
 
ДОБРОЙ НОЧИ ОТ Ъ
ЛОКИ ИНО
 
ДМК МЭ
 
где инфааа?