Содержание курса лекций по оптике

2013/2014 учебный год. Крылов И. Р.

 

                   Лекция 1.

         Факультативно. Введение.

         Факультативно. Излучение ускоренно движущегося заряда.

         Факультативно. Напряженность поля излучения диполя.

         Факультативно. Диаграмма направленности излучения диполя.

         Факультативно. Свет.

         Факультативно. Световые волны в прозрачной изотропной среде.

         Волновые уравнения для светового поля в прозрачной изотропной среде.

         Факультативно. Частные решения волнового уравнения.

 

                   Лекция 2.

         Параметры плоской монохроматической волны.

         Фазовая скорость волны.

         Групповая скорость волн.

         Факультативно. Обычно групповая скорость меньше фазовой скорости.

         Поперечность световых волн.

         Соотношение полей E и H в бегущей световой волне.

         Интенсивность света.

 

                   Лекция 3.

         Интенсивность света (продолжение).

         Поляризация света. Линейная поляризация.

         Факультативно. Старое определение плоскости поляризации.

         Пленочный поляризатор или поляроид.

         Поляроидные очки для стереокино.

         Циркулярно поляризованный свет или свет круговой поляризации.

         Эллиптическая поляризация света.

         Стоячие световые волны.

 

                   Лекция 4.

         Стоячие световые волны (продолжение).

         Продольные и поперечные моды лазера. Управление частотой генерации лазера.

         Пленка Троицкого. Селекция лазерных мод.

         Закон преломления (закон Снеллиуса) и закон отражения света.

         Формулы Френеля. Амплитудные коэффициенты отражения и пропускания.

 

                   Лекция 5.

         Формулы Френеля. Амплитудные коэффициенты отражения и пропускания (продолжение).

         Угол Брюстера и брюстеровские окна лазерных трубок.

         Коэффициенты отражения и пропускания по энергии.

         Потеря полуволны при отражении от оптически более плотной среды.

         Факультативно. Потеря полуволны при отражении от оптически более плотной среды (часть 2).

         Отражение света при скользящем падении луча.

         Зеркало телескопа для мягкого рентгеновского излучения.

 

                   Лекция 6.

         Полное внутреннее отражение.

         Полное внутреннее отражение в 450-й стеклянной призме. Условие отражения без потерь.

         Уголковый отражатель. Измерение расстояния от Земли до Луны.

         Плоская неоднородная световая волна при полном внутреннем отражении света.

         Экспериментальное наблюдение плоской неоднородной волны.

         Светоделительный куб. Оптический контакт.

         Фазовый сдвиг поляризаций при полном внутреннем отражении света.

         Параллелепипед Френеля.

 

                   Лекция 7.

         Кристаллооптика. Направление векторов D, E, B, H, k, S для плоской световой волны в кристалле.

         Лучевая и фазовая скорости световой волны в кристалле.

         Факультативно. Лучевая и фазовая скорости в простейшем частном случае.

         Фазовая пластинка.

         Пластинки λ / 2 и λ / 4.

         Лучевой эллипсоид. Определение поляризации и лучевой скорости по лучевому эллипсоиду.

 

                   Лекция 8.

         Оптическая ось кристалла. Одноосные и двуосные кристаллы.

         Факультативно. Построение двойной лучевой поверхности с помощью лучевого эллипсоида.

         Факультативно. Построения Гюйгенса в изотропной и анизотропной средах.

         Обыкновенный и необыкновенный лучи.

         Поляризаторы на основе призм Николя и Волластона.

         Геометрическая оптика. Центрированные оптические системы. Оптическая ось.

         Приближение параксиальной оптики.

         Опорная плоскость. Трансляция луча.

         Преломление света на сферической границе.

 

                   Лекция 9.

         Реклама кафедры общей физики-1.

         Координаты луча. Матрица трансляции. Матрица преломления на сферической границе.

         Матричная оптика.

         Оптическая сила сферической границы. Оптическая сила тонкой линзы.

         Изображение точечного источника света. Сопряженные плоскости. Формула тонкой линзы.

         Фокальная плоскость линзы. Фокус. Фокусное расстояние.

         Построение изображений в тонкой линзе. Действительное и мнимое изображения.

 

                   Лекция 10.

         Построение хода произвольного луча при прохождении тонкой линзы.

         Сферическое зеркало.

         Матрица толстой линзы.

         Главные плоскости центрированной оптической системы.

         Гомоцентрический пучок лучей. Приведенный радиус кривизны. Правило ABCD.

         Факультативно. Гауссов пучок лучей — хорошее приближение для описания лазерного пучка лучей.

         Глаз.

         Три цвета радуги. Свет и цвет.

 

                   Лекция 11.

         Факультативно. Фотометрический парадокс Ольберса.

         Лупа. Увеличение лупы.

         Окуляр.

         Подзорная труба или телескоп. Подзорная труба Кеплера. Подзорная труба Галилея.

         Угловое увеличение телескопа.

         Микроскоп.

         Призменный спектрометр. Линзы спектрометра: конденсорная, коллиматорная, объектив, окуляр. Нормальная ширина щели. Градуировка спектрометра.

         Аберрация. Хроматическая и сферическая аберрации, астигматизм, дисторсия, кома.

 

                   Лекция 12.

         Факультативно. Апертурная диафрагма. Входной и выходной зрачки. Апертура. Относительное отверстие.

         Распространение света в неоднородной среде. Эйконал. Уравнение эйконала.

         Эйконал по Бутикову.

         Уравнение для вычисления траектории луча в неоднородной среде.

         Распространение света в среде, где показатель преломления зависит только от вертикальной координаты.

         Принцип Ферма.

         Факультативно. Из принципа Ферма можно получить закон преломления.

         Рефракция.

         Миражи.

         Спектр света. Диапазоны электромагнитных волн и источники излучения.

 

                   Лекция 13.

         Диапазоны электромагнитных волн и источники излучения (продолжение).

         Разложение светового поля по частотам.

         Ряды Фурье для светового поля.

         Спектр света. Разные определения спектра света. Спектр экспоненциально затухающего светового цуга.

 

                   Лекция 14.

         Факультативно. Теорема Парсеваля.

         Спектр огибающей светового импульса и спектр самого импульса.

         Соотношение неопределенности частоты и времени (без доказательства).

         Факультативно. Соотношение неопределенности Гейзенберга.

         Интерференция. Явление интерференции. Ширина полос. Видность.

 

                   Лекция 15.

         Интенсивность света при сложении двух световых волн ортогональных поляризаций.

         Интенсивность света при сложении двух световых волн одинаковой поляризации, как функция разности фаз.

         Связь ширины интерференционных полос и угла между интерферирующими волнами.

         Интерференция лазерных и интерференция нелазерных источников света.

         Получение интерференции методом деления амплитуды.

         Интерференция волн отраженной и прошедшей полупрозрачную пластинку.

         Интерференция света при отражении от плоскопараллельной пластинки.

         Интерферометр Майкельсона.

         Получение интерференции методом деления волнового фронта.

         Опыт Юнга.

 

                   Лекция 16.

         Бипризма Френеля.

         Зеркало Ллойда.

         Билинза Бийе.

         Порядок интерференции или номер интерференционной полосы.

         Когерентность. Частично когерентный свет.

         Квазимонохроматический свет. Относительная спектральная ширина источника света.

         Длина и время когерентности.

         Пространственная когерентность.

         Объем когерентности.

         Механизм смазывания интерференционной картины за счет немонохроматичности и за счет протяженности источника света на примере опыта Юнга.

 

                   Лекция 17.

         Звездный интерферометр Майкельсона. Измерение угловых размеров звезд.

         Оптический аналог опыта Брауна-Твисса. Понятие об эффекте группировки фотонов. Параметр вырождения света.

         Локализация интерференционной картины на примере наблюдения интерференции с бипризмой Френеля.

         Полосы равного наклона.

 

                   Лекция 18.

         Полосы равного наклона (продолжение).

         Полосы равной толщины.

         Кольца Ньютона.

         Полосы равного наклона в интерферометре Майкельсона.

         Полосы равной толщины в интерферометре Майкельсона.

         Интерферометр Жамена.

         Интерферометр Рождественского (Маха-Цендера).

         Интерферометр Рэлея.

         Факультативно. Дифракция. Интегральная теорема Кирхгофа.

 

                   Лекция 19.

         Факультативно. Дифракция. Интегральная теорема Кирхгофа (продолжение).

         Скалярная теория дифракции Кирхгофа.

         Применение теории Кирхгофа к дифракции света на отверстии произвольной формы в плоском экране.

         Факультативно. Трудности теории дифракции Кирхгофа.

         Факультативно. Теория дифракции Френеля. Построения Гюйгенса.

         Зоны Френеля.

 

                   Лекция 20.

         Векторные диаграммы для зон Френеля.

         Пятно Пуассона.

         Зонная пластинка. Фокус зонной пластинки.

         Отношение интенсивностей в фокусах линзы и зонной пластинки.

         Ложные фокусы зонной пластинки.

         Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии.

         Дифракция Фраунгофера на одной щели.

 

                   Лекция 21.

         Дифракция Фраунгофера на одной щели (продолжение).

         Дифракция Фраунгофера на прямоугольном отверстии.

         Факультативно. Дифракция Фраунгофера и Фурье-образ амплитудного коэффициента пропускания экрана.

         Принцип Бабине.

         Дифракция Френеля на краю экрана. Спираль Корню.

 

                   Лекция 22.

         Дифракционная решетка. Главные дифракционные максимумы решетки.

         Угловая ширина главного дифракционного максимума решетки.

         Спектральное разрешение дифракционной решетки. Критерий Рэлея.

         Побочные максимумы дифракционной решетки.

         Дифракционная решетка с отсутствующими четными главными дифракционными максимумами.

         Факультативно. Отражательная решетка с профилированным штрихом.

         Голография. Голограмма плоской световой волны.

 

                   Лекция 23.

         Голограмма точки при нормальном падении опорной волны.

         Голограмма точки при наклонном падении опорной волны.

         Плоская голограмма протяженного объекта.

         Толстослойная голограмма.

         Дифракционный предел разрешения телескопа и глаза.

         Понятие о разрешающей способности микроскопа.

 

                   Лекция 24.

         Взаимодействие света с веществом. Модель атома Томсона. Комплексная поляризуемость атомов.

         Комплексный показатель преломления. Его связь с коэффициентом поглощения и вещественным показателем преломления. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

         Факультативно. Лоренцевская форма линии поглощения. Нормальная и аномальная дисперсия света.

 

                   Лекция 25.

         Факультативно. Лоренцевская форма линии поглощения. Нормальная и аномальная дисперсия света (продолжение).

         Однородная (лоренцевская) и неоднородная (доплеровская) ширина спектральной линии.

         Причина неравенства n > 1 в области прозрачности среды.

         Оптика плазмы.

 

                   Лекция 26.

         Оптика металлов. Прозрачность сред для рентгеновского излучения.

         Рэлеевское рассеяние света в мутной среде.

         Факультативно. Рэлеевское рассеяние света на флуктуациях плотности газа.

         Факультативно. Интерферометр Фабри-Перо.

 

                   Лекция 27.

         Рентгеновское излучение. Сплошной и линейчатый спектры. K, L, M, N, ... -серии спектральных линий.

         Дифракция рентгеновских лучей на кристалле. Лауэграммы.

         Условие Вульфа-Брэгга для дифракции монохроматических рентгеновских лучей на поликристаллическом порошке.

         Эффект Фарадея.

         Естественное вращение плоскости поляризации.

         Невзаимный элемент или ячейка Фарадея.

         Факультативно. Оптическая развязка или оптический диод.

 

                   Лекция 28.

         Факультативно. Лазерный гироскоп.

         Эффект Керра.

         Ячейка Керра — быстрый оптический затвор.

         Факультативно. Эффект Поккельса.

         Факультативно. Эффект Коттона-Мутона.

         Нелинейная оптика. Оптическое удвоение частоты. Оптическое детектирование.

         Самофокусировка.

         Комбинационное или рамановское рассеяние света.

         Факультативно. Обращение волнового фронта (вариант 1). Динамическая голография или четырехволновое взаимодействие.

         Факультативно. Обращение волнового фронта (вариант 2). Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюена (ВРМБ).

         Голографическая интерферометрия.

 

                   Лекция 29.

         Факультативно. Лазерное охлаждение.

         Фотоэффект. Опыты Столетова. Красная граница фотоэффекта. Формула Эйнштейна.

         Факультативно. Эффект Комптона.

         Световое давление. Корпускулярная и волновая трактовки.

         Факультативно. Понятие о коэффициентах Эйнштейна.

         Инверсия заселенностей лазерной среды. Усиление света. Генерация света лазером.

         Факультативно. Термодинамика света. Абсолютно черное тело.

         Факультативно. Закон Кирхгофа.

         Факультативно. Закон Стефана-Больцмана.

         Факультативно. Закон смещения Вина.

         Факультативно. Формула Планка.