Оптика и квазиоптика СВЧ. Молотков Н.Я - 216 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Г л а в а 5
ДИСПЕРСИЯ, ПОГЛОЩЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ ВОЛН
5.1. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА И РАДИОВОЛН
Световая волна в вакууме распространяется с постоянной скоростью
8
109979,2 ⋅ м/с, которая не зависит от
частоты света. Это обстоятельство установлено с достаточной точностью из астрономических и
астрофизических наблюдений. При распространении света в некоторой среде он испытывает изменение
скорости, причём для различных частот скорость света в одной и той же среде оказывается различной. Так как
показатель преломления вещества определяется скоростью света V в данной среде
V
c
n =
, где с – скорость света
в вакууме, то его значение также зависит от частоты или длины волны. Данную зависимость показателя
преломления вещества от частоты света или его длины волны принято называть дисперсией. Следует заметить,
что первоначальная электромагнитная теория Максвелла, которая воедино связала электромагнитные и
оптические явления, не смогла объяснить явление дисперсии. Действительно, важнейшим выводом теории
Максвелла было положение о том, что скорость света в веществе и показатель преломления связаны с
константами среды: диэлектрической и магнитной проницаемостями:
εµ==
V
c
n
. (5.1.1)
Константы
ε
и µ в теории Максвелла имеют феноменологический характер, т.е. они считаются
постоянными для всех частот и длин волн. Это обстоятельство в некоторых случаях приводит к существенным
противоречиям. Действительно, так для воды мы имеем показатель преломления
33,1=n и, следовательно,
согласно формуле (5.1.1) для диэлектрической проницаемости имеем значение 75,1
2
==ε n при 1
≈
µ
.
Электростатические же измерения, как известно для воды дают
81
=
ε
. Это обстоятельство наводит на мысль о
том, что константы вещества
ε
и µ для одной и той же среды будут различными в зависимости от частоты
электромагнитных волн. Нашей задачей в дальнейшем и будет нахождение зависимости ε и
µ
, а,
следовательно, и n от частоты или длины волны света.
Рис. 298
По сути дела любой метод, который применяется для определения показателя преломления, может быть
использован для выяснения зависимости
(
)
λ
= fn , будь то преломление в призме, или интерференционные или
дифракционные явления. Первые экспериментальные исследования дисперсии света, которые принадлежат
Ньютону (1672), были выполнены по способу преломления в призме. Этот способ и ныне хорош для наглядной
демонстрации этого явления. Пучок белого света, проходя узкую щель, падает на грань стеклянной призмы
(рис. 298). Из опыта видно не только отклонение луча от первоначального направления, но и вследствие
зависимости показателя преломления от длины волны на экране наблюдается цветная полоска, называемая
спектром. Измеряя показатель преломления для различных длин волн, можно найти функциональные
зависимости:
()
λ= fn или
()
ν= fn , где
ν
– частота света. Для стекла функции являются нелинейными
(рис. 299). Показатель преломления растёт с увеличением частоты и уменьшается с ростом длины волны. Такая
дисперсия света называется нормальной. Она наблюдается для большинства прозрачных веществ. Для
нормальной дисперсии справедливы соотношения
0<
λd
dn
; 0>
νd
dn
.
K
Ф

Страницы