БИЛЕТ 22. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Понятие о голографическом методе получения и восстановления изображений

Приборы, с помощью которых исследуются спектры излучения источников, называются спектральными приборами. В спектральных приборах высокого класса вместо призм применяются дифракционные решетки. Решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки. У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50 – 100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки. В качестве дифракционной решетки может быть использован кусочек компакт-диска или даже осколок граммофонной пластинки. Простейшая дифракционная решетка состоит из прозрачных участков (щелей), разделенных непрозрачными промежутками. На решетку с помощью коллиматора направляется параллельный пучок исследуемого света. Наблюдение ведется в фокальной плоскости линзы, установленной за решеткой

Когда лазер освещает два плоских зеркала, стоящих рядом и наклоненных под таким углом, что свет, отраженный от обоих, падает на одну фотопластинку, на ней фиксируется интерференционная картина в виде параллельных друг другу, черных и белых полос. Если на месте одного из зеркал поставить какой-нибудь предмет, то рассеиваемый им свет частично попадет на фотопластинку и будет интерферировать на ней со светом, отраженным оставшимся зеркалом. Распределение светлых и темных участков, зафиксированных фотопластинкой, и есть голограмма.

Если поставить проявленную фотопластинку на прежнее место и, убрав фотографируемый предмет, осветить ее лучом лазера, то со стороны, противоположной зеркалу, мы увидим сквозь нее изображенный предмет таким, каким он был при фотографировании (голографировании), то есть объемным.

Каждый участок голографического изображения дает полную картину всего предмета; совокупное действие всех участков голограммы делает изображение лишь более ярким и четким.

При помощи голографического метода можно достичь небывалой плотности хранения и удобства считывания информации. На один квадратный сантиметр голограммы, полученной с помощью гелий-неонового лазера, приходится 250 млн единиц информации.

Время восстановления изображения по голограмме весьма мало, поэтому голография позволяет записывать, хранить и быстро преобразовывать информацию в огромных количествах

БИЛЕТ 23. Форма и степень поляризации монохроматических волн Получение и анализ линейно-поляризованного света. Линейное двулучепреломление.Прохождение света через линейные фазовые пластинки.

Линейно поляризованный свет получают из естественного света с помощью устройств, которые называются поляризаторами. Эти устройства свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которую называют плоскостью поляризации. Действие поляризаторов основывается на использовании либо закона Брюстера для отражения и преломления света на границе раздела двух прозрачных изотропных диэлектриков, либо явления двойного лучепреломления в одноосных анизотропных кристаллах (рис. 5). Из двоякопреломляющего кристалла выходят два линейно поляризованных луча, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны.

Провести анализ линейно поляризованного света – значит определить положение его плоскости поляризации в пространстве.

Для анализа линейно поляризованного света используются приспособления, которые называются анализаторами. В качестве анализатора применяются те же устройства, которые служат для получения линейно поляризованного света.

Интенсивность света I_а, пропущенного анализатором, меняется в зависимости от угла j, между плоскостью поляризации падающего на него линейно поляризованного света и плоскостью анализатора как

I_а = k I_p cos²j, (1)

где k – коэффициент прозрачности; I_p – интенсивность линейного поляризованного света, падающего на анализатор.

Определение: Двойно́е лучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. Впервые обнаружен на кристалле исландского шпата. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным, второй же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света, и называется необыкновенным Нарушение закона преломления света необыкновенным лучом связанно с тем, что скорость распространения света (а значит и показатель преломления) волн с такой поляризацией, как у необыкновенного луча, зависит от направления. Для обыкновенной волны скорость распространения одинакова во всех направлениях.

Оптический элемент, преобразующий форму поляризации проходящего через него монохроматического поляризованного пучка света без потери интенсивности и поляризации, называется фазовой или волновой пластинкой. Совместно с линейными поляризаторами фазовые пластинки применяются для получения или анализа циркулярно и эллиптически поляризованного света. Большинство фазовых пластинок хроматические, т. е. сдвиг фаз в них зависит от длины волны света. Различают линейные, круговые и эллиптические фазовые пластинки в зависимости от того, какая из форм поляризации может пройти без изменения через данную фазовую пластинку при ее соответствующей ориентации.
Для получения эллиптически поляризованного света плоско-поляризованный пучок обычно пропускают через фазовую пластинку, вырезанную из одноосного кристалла. Такая пластинка вносит разность фаз между двумя компонентами электрического вектора, параллельной и перпендикулярной к выделенному направлению в кристалле. Это направление называется оптической осью кристалла.
Фазовые пластинки чаще всего изготовляют из кварца и слюды. Кварц оптически активен, но его оптическая активность не проявляется, если свет проходит перпендикулярно к оптической оси. Слюда – двухосный анизотропный материал. Однако две главные оси эллипсоида диэлектрической проницаемости параллельны плоскости пластинки, поэтому для перпендикулярно падающего света слюда ведет себя как одноосный кристалл. Наиболее распространены фазовые пластинки со сдвигом фаз в 90 и 180°. Их называют четвертьволновыми и полуволновыми, что соответствует оптической разности хода в четверть или половину длины волны. При прохождении света последовательно через несколько одинаково ориентированных фазовых пластинок результат их действия равен сумме фазовых сдвигов в каждой пластинке.

БИЛЕТ 24 Искусственная опти­ческая анизотропия. Фотоупругость. Электрооптические и магнитооптические эффекты.

Искусственное двойное лучепреломление. Эффект Керра. Обычные прозрачные тела, не обладающие двойным лучепреломлением, тем не менее при определенном воздействии на них становятся двупреломляющими: (анизотропия при деформациях, анизотропия в электрическом поле)

Фотоупругостью, или пьезооптическим эффектом, называется возникновение оптической анизотропии в первоначально изотропных твердых телах под действием механических напряжений. Фотоупругость - следствие зависимости диэлектрической проницаемости вещества от деформации и проявляется в виде двойного лучепреломления и дихроизма, возникающих под действием механических нагрузок. При одноосном растяжении или сжатии изотропное тело приобретает свойства оптически одноосного кристалла с оптической осью, параллельной оси растяжения или сжатия. При более сложных деформациях, например при двухстороннем растяжении, образец становится оптически двухосным.Фотоупругость обусловлена деформацией электронных оболочек атомов и молекул и ориентацией оптически анизотропных молекул либо их частей, а в полимерах - раскручиванием и ориентацией полимерных цепей. Для малых одноосных растяжений и сжатий выполняется соотношение Брюстера: Dn = kP,где Dn - величина двойного лучепреломления (разность показателей преломления для обыкновенной и необыкновенной волн);P - напряжение;k - упругооптическая постоянная (постоянная Брюстера).

Под электрооптическими, магнитооптическими и пьезооптическими эффектами понимают эффекты, связанные с изменением оптических свойств вещества под воздействием внешних электрических и магнитных полей или упругих механических деформаций.Общим для указанных эффектов является то, что внешние воздействия приводят к изменению симметрии кристалла, следствием чего является изменение его свойств. Коэффициенты оптической индикатрисы для данного кристалла являются постоянными лишь при определенных условиях.Воздействие внешних механических напряжений, электрических и магнитных полей приводит к их изменению. Оптически изотропные кристаллы становятся анизотропными, а оптическая индикатриса будет поворачиваться и деформироваться. В этом состоит сущность рассматриваемых эффектов.