4.1.(а) Объясните, почему масляные или бензиновые пленки на поверхности воды имеют радужную окраску.

Естественный свет состоит из набора различных длин волн. Попадая на пленку, они преломляются под разными углами. После выхода из пленки они интерферируют и образуются максимумы, соответствующие разным длинам волн. Поэтому на пленке и образуется радужная окраска.

4.1.(б). В каком случае наблюдается дифракция Френеля, а в каком дифракция Фраунгофера? Что есть общего и какие отличия у этих двух видов дифракции?

Если источник света и точка наблюдения Р расположены от препятствия настолько далеко, что лучи падающие на препятствие и лучи, идущие в точку Р образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера. В противном случае, говорят о дифракции Френеля (т.е. источники света и точка расположены близко.) Характер дифракции зависит от значения безразмерного параметра:

Дифракция Френеля - это дифракция в случае, когда отверстие открывает (или препятствие закрывает) для точки наблюдения несколько зон Френеля. Если открыто много зон Френеля, то дифракцией можно пренебречь, и мы оказываемся в приближении геометрической оптики.

Дифракция Фраунгофера - это дифракция на отверстии, которое для точки наблюдения открывает заметно меньше одной зоны Френеля. Это условие выполнено, если точка наблюдения и источник света находятся достаточно далеко от отверстия.

Для получения пучка параллельных лучей света, падающих на щель или отверстие, обычно пользуются небольшим источником света, который помещается в фокусе собирающей линзы Л.

4.1.(в) Что такое пластина в половину длины волны? Каково ее назначение и принцип действия

Определение: Пластина, для которой , называется пластиной в полволны.

показатель преломления обыкновенного луча ( || оптической оси пластинки)

- показатель преломления необыкновенного луча ().

Принцип действия: Рассмотрим прохождение плоско поляризованного света через пластинку в полволны. Колебание Е в падающем луче, совершающееся в плоскости Р, возбудит при входе в кристалл колебание обыкновенного луча и колебание необыкновенного луча ( смотри рисунок). За время прохождение через пластинку разность фаз между колебаниями и изменится на .

На входе в пластинку - фазовое соотношение между обыкновенным и необыкновенным лучами будет соответствовать взаимному расположению и .

На выходе из пластинки - взаимному расположению и.

Следовательно, свет, вышедший из пластинки, будет поляризован в плоскости . Плоскости расположены симметрично относительно оптической оси пластинки О . Таким образом, пластинка в полволны поворачивает плоскость прошедшего через нее света на угол , где - угол между плоскость колебаний в падающем луче и осью пластинки.

Пластинка в целое число волн оставит прошедший через нее плоско поляризованный свет без изменений.

4.1 (г) Опишите дифракционную картину, возникающую при освещении белым светом одной щели – шириной а) 50 нм; б) 50 мкм (геометрические параметры опыта, за исключением размера щели, в обоих случаях одинаковы).