Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
После изложения основ геометрической оптики во второй главе излагается геометрическая теория оптических изображений —¦ главным образом с принципиальной стороны. Большая часть материала этой главы при первом чтении может быть также опущена. Достаточно ограничиться минимумом: получением оптических изображений в параксиальном приближении и основными понятиями фотометрии. К остальным вопросам можно обращаться по мере надобности в процессе изучения физической оптики.
Основное содержание курса составляет физическая оптика, изложение которой начинается с главы III.B нее входят также специальная теория относительности, краткое изложение принципов работы оптических квантовых генераторов (лазеров) и элементов нелинейной оптики. Как и в предыдущих томах курса, главное внимание здесь обращено на выяснение физического смысла и содержания оптических явлений, на связь между ними и с общими принципами физики. Автор стремился к идейной простоте изложения, но старался избегать вульгаризации.
Вопросы истории, экспериментальное обоснование законов оптики, применения ее в тех- ;;е и других науках затронуты лишь постольку, поскольку это необходимо для уяснения основных явлений и принципов оптики. Из-за недостатка места даже описанию демонстраций в этом томе уделено меньше внимания, чем в предыдущих томах курса. Впрочем, демонстрации, осуществленные в Московском физико-техническом институте моими лекционными ассистентами Е. Н. Морозовым, М. И. Маклаковым, В. П. Молчановым, В. А. Кузнецовой, которым я глубоко благодарен, сыграли немалую роль при написании и этого тома курса физики.
Рукопись этого тома была тщательно просмотрена рецензентами — профессором С. С. Герштейном, профессором И. С. Горбанем и сотрудниками руководимой им кафедры экспериментальной физики Киевского государственного университета им. Т. Г. Шевченко, а также доктором физико-математических наук Г. П. Пекой. Их справедливые критические замечания учтены при окончательном редактировании книги. Всем этим лицам автор приносит глубокую благодарность.
Д. В. С иву хин ГЛАВА I ВВЕДЕНИЕ
« *
§ 1. Предмет оптики
Оптика, точнее — физическая оптика, есть раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его взаимодействие с веществом. Под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра электромагнитного излучения — инфракрасную и ультрафиолетовую. Различные участки спектра электромагнитного излучения отличаются друг от друга длиной волны X и частотой v — величинами, характеризующими не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного излучения. Электромагнитный спектр принято делить на радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения. Эти участки спектра различаются не по своей физической природе, а по способу генерации и приема излучения. Поэтому между ними нет резких переходов, сами участки перекрываются, а границы между ними условны.
Радиоволнами называются электромагнитные излучения, длины волн которых превосходят примерно 0,1 мм. Их принято делить на: 1) сверхдлинные волны с длиной волны 10 км (частота V < 30 кГц); 2) длинные волны (К = 10—1 км, v = 30—300 кГц); 3) средние волны (К = 1 км — 100 м, v = 300 кГц — 3 МГц); 4) короткие волны (К = 100—10 м, V = 3—30 МГц); 5) ультракороткие волны (X < 10 м, V > 30 МГц). Последние в свою очередь принято подразделять на метровые, дециметровые, миллиметровые и субмиллиметровые или микрометровые. Волны с длиной % < 1 м (v > 300 МГц) принято также называть, микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ). Из-за больших значений К распространение радиоволн можно рассматривать феноменологически без учета атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. Практически не сказываются и квантовые свойства радиоизлучения.
Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения составляют так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством Методов и приборов, применяющихся для ее исследования и разра- 10
введений
(гл. i
ботанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусировки излучения, призмы, дифракционные решетки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.). Оптический спектр занимает диапазон от условной границы инфракрасного излучения (А, = 2 мм, V «¦ 1,5 • IOu Гц) до условной коротковолновой границы ультрафиолета (X =» ICr0 см = 10 нм, v ** 3 'IO1' Гц), что составляет примерно 18 октав *), Видимое излучение занимав1? приблизительно одну октаву (X » 400—760 нм), ультрафиолет — б октав (? ¦¦ 10-« 400 нм), инфракрасное излучение — П октав (К т 760 им — 2 мм), В оптической области спектра Частоты v уже перестают быть малыми по сравнению с собственными частотами атомов И молекул, а длины волн большими по сравнению С молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По той же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света. Энергия светового кванта определяется выражением
