Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
спектрального распределения энергии теплового излучения.
Согласно гипотезе Планка, излучение электромагнитного поля происходит не
непрерывно, а дискретно, т. е. определенными порциями (квантами), энергия
w которых определяется частотой v:
w = hv,
где h - постоянная Планка. Позже Эйнштейном была выдвинута идея о том,
что не только излучение, но и поглощение, а также распространение света
происходит порциями - частицами. Частицы света были названы фотонами.
Теория Планка, хотя и противоречила духу классической физики,
подтверждалась опытными фактами и смогла решить задачу теплового
излучения абсолютно черных тел. Следует отметить, что квантовая теория
Планка совершенно не нуждается в понятии "эфирной среды". Таким образом,
к началу XX в. наряду с электромагнитной теорией возродилась
"корпускулярная" теория света, но, безусловно, отличная от корпускулярной
теории Ньютона.
Подводя итоги, приходим к естественному выводу о том, что свет имеет
двойственную природу - волновую и корпускулярную, т. е. свет представляет
собой единство дискретности и непрерывности, что находится в полном
согласии с законами материалистической диалектики.
Слабые и сильные световые поля. Интенсивность света определяется формулой
/ = |^?'2, где п-показатель преломления
среды, Е - напряженность светового поля, с - скорость света в вакууме.
Все известные нам до появления лазеров источники способны создавать
интенсивности не выше чем примерно 10 Вт/см2. Достижимые значения
напряженности поля для таких источников света составляют порядок 0,1 ч-
10 В/см. Это на несколько порядков меньше внутриатомного электрического
поля Еа, под действием которого движется валентный электрон.
Действительно, поскольку
Еа - ~7г (е = 4,8 • 10"10 СГСЕ, r0 ~ 1 А), то имеем Еас^ 109 В/см. п
Лазерные источники с энергией 103 Дж позволяют получить световой пучок с
интенсивностью 101(r) Вт/см2 и больше. При такой интенсивности
напряженность светового поля достигает значения 109 В/см. С помощью
лазеров на стекле с неодимом (к = 10 600 А) получают напряженности поля
до 10й В/см.
8
Внутриатомное поле удерживает оптический * электрон вокруг ядра. Поэтому
естественно при изучении взаимодействия света с веществом принять это
поле за характерное и всякие сравнения проводить относительно этого поля.
Если условиться так, то поле обычных нелазерных световых источников 10
В/см) можно называть слабым, а лазерных с напряженностью поля порядка
внутриатомного и больше - сильным.
Опыты, проводимые со слабыми световыми полями, показали, что характер
оптических явлений не зависит от интенсивности излучения. Такие явления
принято называть линейными оптическими явлениями. Область оптики,
изучающую такие явления, принято называть линейной оптикой. В основе
линейной оптики лежит тот факт, что существует линейная связь Р = кЕ
между Р я Е (Р - дипольный момент, приобретенный 1 см3 среды, к -
макроскопическая восприимчивость среды, Е - напряженность действующего на
среду светового поля). При таких предположениях показатель преломления и
другие характеристики среды не будут зависеть от интенсивности излучения.
Там, где это не будет особо оговорено, будем иметь в виду случай именно
линейной оптики.
Многочисленные эксперименты, проведенные со световыми пучками мощностью
порядка 108 Вт/см2 и больше, убедительно показали, что характер
оптических явлений существенно зависит от интенсивности излучения.
Область оптики, изучающую оптические явления, характер которых зависит от
интенсивности излучения, принято называть нелинейной оптикой. Это новое
направление оптики стало бурно развиваться начиная с 1962 г., когда
впервые была обнаружена генерация второй гармоники (эффект удвоения
частоты).
* В оптических явлениях участвуют валентные электроны, наиболее слабо
связанные с ядром, и поэтому их принято называть оптическими электронами.
Глава I
ФОТОМЕТРИЯ
§ 1. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
Световой поток. Понятие светового потока вводится аналогично потоку
энергии. Под потоком энергии через некоторую поверхность понимается
количество энергии, прошедшей через данную поверхность в единицу времени.
В случае света вместо понятия потока энергии вводится аналогичное
понятие-световой поток. Таким образом, под световым потоком понимается
количество световой энергии, прошедшей через данную поверхность в единицу
времени. Как и поток энергии, световой поток можно измерять в ваттах.
Однако, как увидим позднее в этой же главе, световой поток принято
измерять в специальных единицах, называемых люменами.
Рассмотрим идеализированный случай - излучение точечного источника * в
однородной изотропной среде. Точечным называется источник, размерами
которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до точки наблюдения.
Световая энергия в рассматриваемом случае будет распространяться по
прямым линиям, исходящим из точечною источника: поверхность волны,
распространяющейся от точечного источника в однородной изотропной среде,
