Дисперсия света в стекле.

Лекция 16. Взаимодействие света с веществом

Модуль 2.3 Волновая оптика

Основные понятия: дисперсия света, поглощение света, фазовая скорость света, групповая скорость света, закон Бугера, закон Рэлея, двойное лучепреломление, положительные и отрицательные кристаллы, обыкновенный и необыкновенный луч

План лекции

1. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия. Классическая теория дисперсии.

2. Групповая скорость света.

3. Поглощение света. Закон Бугера.

4. Рассеяние света. Закон Рэлея.

5. Двойное лучепреломление. Вращение плоскости поляризации.

Краткое содержание

Если на грань призмы падает параллельный пучок немонохроматического (белого) света под углом a, то в соответствии с законом преломления

угол преломления b будет различным для разных l. Рис.1

Призма разложит падающий свет на спектральные составляющие (см. рис.1) Для каждого цветного пучка, выходящего из призмы, будет свой угол наименьшего отклонения .

Нормальная и аномальная дисперсия.

Дисперсия света — это зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины) световой волны или Эта зависимость не линейная и не монотонная. Области значения , в которых

соответствуют нормальной дисперсии света (с ростом частоты ‚ показатель преломления n увеличивается). Нормальная дисперсия наблюдается у веществ, прозрачных для света. Например, обычное стекло прозрачно для видимого света, и в этой области частот наблюдается нормальная дисперсия света в стекле. На основе явления нормальной дисперсии основано «разложение» света стеклянной призмой монохроматоров.

Дисперсия называется аномальной, если

т.е. с ростом частоты показатель преломления n уменьшается. Аномальная дисперсия наблюдается в областях частот, соответствующих полосам интенсивного поглощения света в данной среде. Например, у обычного стекла в инфракрасной и ультрафиолетовой частях спектра наблюдается аномальная дисперсия.

Зависимости n от и показаны на рис. 2 и 3.

Рис.2 Рис.3

Классическая теория дисперсии в стекле

Рассмотрим взаимодействие электромагнитной волны с электронами в атомах вещества.

Электроны в атомах под действием переменного электрического поля волны с напряженностью совершают вынужденные колебания. Часть энергии волны поглощается. Поглощение особенно велико, когда частота волны w близка к собственным частотам колебаний электронов, находящихся в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Вдали от собственных частот можно пренебречь поглощением. Тогда, пренебрегая затуханием, запишем уравнение колебаний:

, (1)

где кг; Кл - масса и модуль заряда электрона; - квазиупругая возвращающаяся сила; - сила со стороны электрического поля волны. Коэффициент учитывает не только "жесткость" связи электрона с ядром атома, но и электрическое поле окружающих его атомов, что существенно для плотных веществ типа стекла. Каждый атом при смещении "центра тяжести" отрицательного заряда на величину от ядра приобретает электрический дипольный момент . Поэтому электроны находятся не только в поле своего ядра, но и в поле, которое создается окружающими диполями.