оптика. Жары уатты бір тріне жатады. Осыны арасында тірі жаратылыстарды барлыы, оны ішінде адам баласы да айналасындаы лемді кре алады.

• Название: Жары уатты бір тріне жатады. Осыны арасында тірі жаратылыстарды барлыы, оны ішінде адам баласы да айналасындаы лемді кре алады.
• Дата: 09.12.2022
• Размер: 1.16 Mb.
• Имя файла: оптика.docx
• Тип: Документы; #835782

1. 
   Жарық туралы ілімнің дамуы.
   

Жарық – қуаттың бір түріне жатады. Осының арқасында тірі жаратылыстардың барлығы, оның ішінде адам баласы да айналасындағы әлемді көре алады. Жарықтың өзі көзге көрінбейді,алайда өзі басқа заттардың барлығына көруіне себепші болады. Ол түзу сызық бойымен қозғалады, жолында мөлдір емес зат кездессе, сол заттың көлеңкесі пайда болады. Көлеңке дегеніміз- жарық көзіне қарама-қарсы жақта пайда болатын қараңғы аймақ.



Корінетін жарық - барлық жарықтың бірі

1. 
   тар мағынада – көрінетін сәуле, яғни жиілігі 7,5 •1014 – 4,0 • 1014Гц аралығындағы адам көзі қабылдайтын электрмагниттік толқын;
   
2. 
   кең мағынасында — қабылданатын сәулемен бірге спектрдің ультракүлгін және инфрақызыл аймағындағы сәулелерді де қамтитын оптикалық сәуленің синонимі.
   

2. 
   Жарықтың электромагниттік теориясы.
   

Максвелл теңдеулері.Электр зарядтарымен, электр тогымен және магниттермен жүргізілген тәжірибелерде алынған деректерді қорытындылау арқылы 19 ғ. екінші жартысында Максвелл (1831-1879) электромагниттік өрістер үшін теңдеулер жүйесін қорытып шығарды. Кейіннен жүргізілген зерттеулер Максвелл теңдеулерінің осы теңдеулерді алуға негіз болған деректер мен түсініктер шеңберінен әлдеқайда кең, өте терең физикалық мазмұны бар екендігін көрсетті. Бұл теңдеулер релятивтік инварианттылық шартын қанағаттандырады, тез өзгеретін, айнымалы электромагниттік өрісті, соның ішінде жарық толқындарын да, жақсы бейнелейді, қозғалыстағы зарядтардың электромагниттік толқындарды шығару теориясы және жарық пен заттың әсерлесу теориясы негізіне алуға болатындығы белгілі болды.

Максвелл теңдеулерінен негізінде жаңа физикалық құбылыстың болатындығы жайында маңызды қорытынды шығады: электр зарядтарынсыз және электр тогынсыз да электромагниттік өріс өздігінше, дербес болуға қабылетті. Осы жағдайда электромагниттік өріс күйінің өзгеруі (өрістің ұйытқуы) міндетті түрде толқындық сипатта болады. Осындай өрістер электромагниттік толқындар деп аталады. Вакуумда мұндай толқындар   жарық жылдамдығына тең жылдамдықпен таралады.

1. Айнымалы электромагниттік өріс кеңістікте бір орында тұрмайды, барлық жаққа   жылдамдықпен электромагниттік толқын түрінде таралады, мұндағы   -вакуумдағы жарық жылдамдығы (   ).

2. Электромагниттік толқын-көлденең толқын, яғни электр және магнит өрістерінің кернеуліктерінің векторлары толқынның таралу бағытына перпендикуляр:   және   , мұндағы   -берілген ортадағы толқынның таралу жылдамдығы.

3. 
   Жарық шамаларын өлшеу әдістері.
   

Сәуле көздері мен қабылдағыштардың жарық техникалық қасиеттерін, материалдардың әртүрлі сипаттамаларын өлшеңіз.
Негізгі жарық техникалық шамаларға мыналар жатады:
жарық ағыны,

жарықтандыру,

жарықтық,

жарық күші.

Жарықты өлшеу үшін жарық сүзгілері және ақпаратты өңдеу және беру құрылғылары бар жиынтықтағы фотометрлер (люксметрлер) пайдаланылады.
Жарықтың жарықтығын өлшеу үшін жарықтық өлшегіштер қолданылады. Кеңістіктегі жарық көзінің жарықтығын бөлу гониометрлердің көмегімен анықталады. Жарық күшінің кеңістіктік таралуы декарттық немесе полярлық координаттар жүйесіндегі таралу қисықтары түрінде көрінеді. Мысалы, шамдардың тиімділігін, іске қосу жабдықтарының көрсеткіштерін, фокустау жүйелерін және т. б. бағалау үшін.
Спектрлік сипаттамаларды өлшеу үшін призмалармен, дифракциялық торлармен бірге монохроматорлар қолданылады.
Түсті өлшеу - бұл бөлек күрделі тақырып. Өлшенетін түс индикаторы ZR қасиеттерін ескере отырып, спектр бойынша түс көрсеткіштерінің қосындысы ретінде анықталады

4. 
   Жарық шамаларының бірліктері.
   

Жарық ағыны-жарық сәулесінің қуаты, яғни адамның көзінде пайда болатын жарық сезімімен бағаланатын көрінетін сәуле. Жарық ағыны люмендермен өлшенеді.
Мысалы, қыздыру шамы (100 Вт) 1350 лм - ге тең жарық ағынын шығарады, ал lb40 флуоресцентті шамы-3200.
Бір люмен нүктелік изотропты көзден шығатын Жарық ағынына тең, жарық күші бір шамға тең, дене бұрышына, бір стерадианға тең (1 лм = 1 кд·ср).
Бір шамдалдың жарық күші бар изотропты көзден пайда болатын толық жарық ағыны 4π люменге тең.
Тағы бір анықтама бар: жарық ағынының бірлігі-бұл платинаның қатаю температурасы (1773° C) немесе 1 шам·1 стерадиан кезінде 0,5305 мм2 ауданынан мүлдем қара денеден шыққан ағынға тең люмен (лм).
Жарық күші-жарық ағынының кеңістіктік тығыздығы, жарық ағынының дене бұрышының шамасына қатынасына тең, онда сәуле біркелкі бөлінеді. Жарық күшінің бірлігі

5. 
   Жарық толқындар интерференциясы
   

Көрінетін жарық дегеніміз — ұзындығы 780 нм-ден (қызыл жарық) 400 нм (күлгін жарық) аралығында болатын электромагниттік толқындар. Әйтсе де, мұның физикалық негізінде басқа электромагниттік толқындардан (радиотолқыннан, инфрақызыл, ультракүлгін, рентген және гамма сәулелерден) ешқандай өзгешелігі жоқ. Көрінетін жарықтың, сондай-ақ инфрақызыл және ультракүлгін сәуле шығару механизмі "Атомдық физика" тарауында қарастырылады. Артық энергиясы бар қозған атомдар энергиясы аз күйге ауысады да электромагниттік толқындар шығарады, демек, жарық шығарылады. Бұл процестің ұзақтығы 10 нс-ке созылады, сөйтіп, атом синусоиданың бір үзігін шығарады.

Оны толқындық цуг (цуг — немісше салтанатты жүріс) деп атайды (4.9-сурет). Вакуумдегі толқындық цугтың ұзындығы l = сτ ≈ 3 м, жарық толқынның ұзындығы шамамен 10⁻⁶ м. Демек, толқындық цугке бірнеше миллион толқын ұзындығы сыяды екен. Күнделікті тұрмыста жарық бір уақытта көптеген әр түрлі жарық көздерінен таралады. Бұл толқындар бір-бірімен кездескенде қабаттасып жатады. Бірақ бір-бірінің әрі қарай таралуына кедергі келтірмейді. Сондықтан заттардың бейнесі бізге бұзылмай көрінеді. Себебі, электромагниттік толқындардағы электрлік және магниттік өрістер вакуумде таралғанда өздерінің бағыттарын өзгертпейді, электрлік және магниттік өрістердің кернеуліктерінің шамасы сол күйде болады.

Көрінетін жарық дегеніміз – ұзындығы 780 нм-ден 400 нм аралығында болатын электромагниттік тоқындар. Артық энергиясы бар қозған атомдар энергиясы аз күйге ауысады да электромагниттік толқындар шығарады, демек, жарық шығарады. Бұл процестің ұзақтығы 10 нс-ке созылады., сөйтіп атом синусоиданың бір үзігін шығарады. Оны толқындық цуг деп атайды.

Интерференция құбылысын 1675 жылы Ньютон, одан кейін Юнг және Френель байқаған.

Жарық толқынының интерференциясы тек когерентті толқындар қабаттасқанда ғана пайда болады.

6. 
   Тербелістер мен толқындардың когеренттілігі.
   

7. 
   Жарық интерференциясын бақылау әдістері.
   

8. 
   Интерференциялық өрісті есептеу . Интерференциялық құралдар.
   

9. 
   Интерферометрлер.
   

Интерферометр — жарықтың интерференция сипаттамасы негізінде жұмыс істейтін оптикалық аспап.^[1]

Интерферометрлер шекті мөлшерлерді, мөлшерлерді және үлгілі тетіктерді аттестациялауға арналған аспаптар. Интерферометрлер жұмыс істеу принципі жарықтың интерференция құбылысына негізделген. Интерферометрлер ең жоғары дәлдікпен өлшейтін аспаптарға жатады. Жарықтың лазерлік көздерімен қосыла отырып, толқынның 10-13 мкм өзгерісін тіркеуге мүмкіндігі бар. Өндірістік Интерферометрлер окулярлы, экранды немесе цифрлық есептеу құрылғылар болады. Интерферометрлер вертикалды (мод 264) және горизонталды (мод 273) түрлері болады. Түйіспелі интерферометрлер бөлу құны әр түрлі 0,05 ... 0,2 мкм болып келеді. ^[2

10. 
    Жарық дифракциясы. Гюйгенс-Френель принципі.
    

Электромагниттік толқын біртекті ортада таралған кезде толқын фронтының геометриялық пішіні өзгермейді. Егер де толқын мөлдір емес кедергілері бар немесе сыну көрсеткіші шұғыл өзгеретін аймақтары бар біртекті емес мөлдір ортада тарлатын болса, онда толқын фронты бүлінеді, кеңістікте интенсивтіліктің үлестірілуі өзгереді. Толқындардың жолдарында кездесетін кедергілер мен бөгеттерді орап, айналып өту құбылысы дифракция деп аталады. Кең мағынада, дифракция деп жарықтың түзу сызықты жолдан кез-келген ауытқуын немесе бұрылу құбылысы айтылады. Яғни, толқынның түзу сызықты таралуынан, геометриялық оптиканың заңдарынан ауытқуы дифракция деп аталады.

Жарық дифракциясының заңдылықтарын екі негізгі қарапайым принциппен түсіндіруге болады.

· Гюйгенс принципі: Толқын фронтының кез-келген нүктесі екінші толқын көздері болып табылады да, олар біртекті ортада   жылдамдықпен таралады.

· Интерференция заңы: Толқын фронтының барлық нүктелері бірдей жиілікте және бірдей фазада тербеледі, когерент жарық көздерінің жиыны болып табылады, когерентті толқындар интерференцияланады, яғни беттеседі.

Бұл принциптер бойынша жарық дифракциясына сан жағынан анализ беруге жеткіліксіз, сондықтан Френель 3–ші болжау айтты: егер толқын фронтының S жазықтығының бір бөліктері жарық өткізбейтін тосқауылмен жабылған болса, онда 2–ші толқындар S жазықтықтықтың ашық беттерімен ғана тарайды.

Оптикада Френель дифракциясы мен Фраунгофер дифракциясы деп шартты түрде екіге бөлінеді. Френель дифракциясы – сфералық толқындар дифракциясы, Фраунгофер дифракциясы – параллель шоқтар немесе жазық толқындар дифракциясы.

Егер жарық көзінің алдына тар саңылауы бар тосқауылды қоятын болсақ, онда тосқауылдың артындағы экранда көлеңкелік интерференциялық max және min-дарды көре аламыз. Мысалы нүктелік жарық көзінің алдына жарық өткізбейтін кішкене дискіні орнататын болсақ, онда дискінің арғы жағында тұрған экранда концентрлі қара-қоңыр және ақ сақиналар пайда болады. Ал дискінің радиусын ұлғайтқан сайын, ақ сақиналадың немесе дақтың интенсивтілігі азая береді.

11. 
    Френельдің зоналар әдісі. Зоналық пластика.
    

Изотропты біртекті ортада S нүктелік жарық көзінен таралатын сфералық толқынның Р нүктесіне келіп түскен жарық тербелістерінің амплитудасын анықтайық (6.2-сурет). Мұндағы S толқын беттері Р түзуімен салыстырғанда симметриялы. Толқын бетін сақиналық аудандар - Френель зоналарына бөлейік, ол үшін центрі бір осьте жатқан шеңберлер жүргізейік. Шеңберлерден Р нүктесіне дейінгі қашықтықтарды бір-бірінен жарты толқын ұзындығына l/2-ге артық болатындай етіп салайық.

6.2-сурет. Френель зоналары.

Суретте көрсетілгендей, m-ші зонаның сыртқы шетінен Р нүктесіне дейінгі қашықтық b_m мынадай:

b_m = b +ml/2, (6.3)

мұндағы b − толқын бетінің О төбесінен Р нүктесіне дейінгі қашықтық. Екі көрші зонадан Р нүктесіне келіп жететін тербелістер қарама-қарсы фазада болады. Сондықтан да әр зонадан келіп түскен толқындардың көрші зонадан түскен толқындармен фаза айырымы p- ге тең болады.

Френель зоналарының ауданын есептейік. m-ші зонаның сыртқы шекарасы толқын бетінде биіктігі h_m сфералық сегмент құрайды 

12. 
    Бір саңылаудағы дифракция.
    
13. 
    Екі және көп саңылаудағы дифракция. Дифракциялық торлар.
    

12 мен 13 бірге. Саңылаудағы Фраунгофер дифракциясы үшін экранда ин­тен­сивтіліктің таралуы дифракцияланатын шоқтардың ба­ғы­ты­мен анықталады. Саңылауды өзіне параллель ығыстырғанда диф­ракциялақ бейне өзгермейді. Сондықтан екі саңылаудың әр­қайсысы жеке құрған дифракциялық бейне бірдей болады. Қо­рытынды бейне екі (3.16 сурет) саңылаудан келген тол­қын­дар­дың интерференциясымен анықталады.

Ендері а, өзара b(a+b=d) арақашықтықта орналасқан екі са­ңылау мөлдір емес экранда орналасқан. Жазық монохромат жа­рық толқыны экранға қалыпты түседі. Минимумдар бір са­ңы­лаудағы сияқты сол орнында табылады. Яғни бұрынғы бас ми­нимумдар келœесі шартпен анықталады.



3.16-cурет

A sinφ=±mλ (m=1,2,3,…). (1)

Екі саңылаудан шықан жарық шоқтарының өзара ин­тер­фе­ренциялану нәтижесінде кейбір бағыттарда олар бірін-бірі өші­реді, яғни қосымша минимумдар пайда болады. Бұл бағыт екі саңылаудың нүктелерінен (М және С нүктелерінен) келген шоқ­тардың λ/2, 3λ/2, ... жол айырымына сәйкес келеді. 3.16 –су­ретте көрсетілгендей бұл бағыттар келесі шартпен анық­та­ла­ды:

CF=MC sinφ=(a+b)sinφ=d sinφ=λ/2, 3λ/2,… . (2)

(2) теңдеуді ескере отырып, қосымша минимумдар шар­ты:

d sinφ=±(2m+1)λ/2 (m=0,1,2,…) (3)

келесі бағыттарда: d sinφ=±2mλ/2=±mλ (m=0,1,2,…) (4)

бір саңылаудың әсері екінші саңылаудың әсерін күшейте тү­се­ді, сондықтан осы бағыттар басмаксимумдарды береді.

Сонымен екі саңылаудағы дифракциялық бейне келесі шарт­пен анықталады

Бас минимумдар a sinφ= λ, 2λ, 3λ, …

Қо­сымша минимумдар d sinφ= λ/2, 3/2λ, 5/2λ, …

Бас максимумдар d sinφ=0, λ, 2λ, 3λ, …,

Яғни екі бас максимумдар арасында қосымша минимум ор­наласады, ал максимумдар бір саңылау жағдайынан гөрі жіңішкерек болады.

Аналогия бойынша саңылау саны N болғанда, қосымша ми­нимумдар саны (N –1)-ге тең болады. Бір жазықтықта жат­қан және мөлдір емес аралықтармен бөлінген ендері тең па­рал­лель саңылаулар жүйесінбір өлшемді дифракциялық тор деп атайды. Саңылау мен оның мөлдір емес аралықтарының а жә­не bендерінің қосындысы(d=a+b) дифракциялық тор­дың тұрақтысы деп аталады. Тордағы дифракция бейнесі са­ңы­лаулардан келген толқындардың өзара интерференциясы нә­тижесімен анықталады. Дифракциялық тордағы жарық диф­ракциясының бас минимумдары келесі шартқа сәйкес ке­ле­ді:

a sinφ =±mλ (m=1,2,3,…), (5)

Басі максимумдары келесі шартқа сәйкес келеді:

d sinφ =±nλ (n=1,2,3,…),(6)

мұндағы n – бас максимумдар реті. Егер φ –дің кейбір мән­дері бірдей мезгілде (5) және (6) шарттарын қа­на­ғат­тан­дыр­са, онда бұл бағыттарда бас максимумдар бақыланбайды.

Мысалы, а=d/3-те әр үшінші бас максимум ба­қы­лан­бай­ды.

Әрбір екі бас максимумдар арасында келесі шартқа сәйкес ке­летін (N –1) қосымша минимумдар орналасады:

d sinφ =±m'λ/N (m'≠0, N, 2N, …), (7)

яғни, m' – (7) шарттың (6)-ға ауысатындығынан тыс бү­тін сандардың мәндерін алады. Сонымен қатар, (N-2) қо­сым­ша максимумдарды да көруге болады. Олардың ин­тен­сив­ті­лік­те­рі бас максимумдермен салыстырғанда өте аз (<5% ) бол­ған­дық­тан оларды аңғару қиынға түседі.



3.17-сурет

Мысал ретінде 3.17 суретте N=4 және d/a=3 теңге сәйкес диф­ракциялық бейне берілген.

 Егер жарықтың параллель сәулелœері дифракциялық торға көл­беу түссе (3.18-сурет) шоқтардың жол айырымы:

CB-AD=d sinφ₀ –d sinφ = d(sinφ₀ –sinφ),

мұндағыφ₀ –дифракциялықторбетінежарықшоғыныңтү­субұрышы. Егер d(sinφ₀ –sinφ) толқынұзындықтарыныңбү­тінсанынатеңболса, ондамаксимумдарбайқалады.

14. 
    Рентген сәулелерінің дифракциясы.
    

Рентген сәулесі ашылғаннан (1895) кейін көп кешікпей ол көрінетін жарықпен салыстырғанда толқын ұзындығы едәуір кіші электромагниттік толқын деген жорамал жасалды. Бұл жорамал Лауэ рентген сәулесінің дифракциясын дифракциялық тор ретінде кристалдардың табиғи кеңістіктік торын пайдаланып бақылауға болады деген идеясын ұсынған 1912 ж. дейін расталмаған күйінде қалып келеді. Кристалдағы атомдар мен молекулалар дұрыс үш өлшемді тор құрастырып орналасады, және осындай торлардың периодтары рентген сәулесінің толқын ұзындығымен шамалас болады. Егер осы кристалға рентген сәулесінің шоғы түсірілсе, онда кристалдық торды құрайтын әрбір атом немесе атомдар тобы рентгендік толқындардың шашырататын болады. Шашыраған толқындар когерентті, өйткені бұлардың бәрі түсетін бір толқынмен қоздырылады. Осы толқындар өзара интерференцияланып белгілі бағыттар бойынша максимумдарды береді. Фотопластинкадағы дифракциялық максимумдардың орындары және салыстырмалы интенсивтігі бойынша кристалдық тордағы шашыратушы центрлердің орналасуы және осы центрлердің табиғаты жайында қорытынды жасауға болды. Рентген сәулесінің дифракция құбылысы осы сәуленің толқындық табиғатының тікелей дәлелденуі болды, сонымен қатар кристалдық торлардың құрылысын зерттеу негізіне айналды.

15. 
    Голография принципі. Голограммалар алу және кескінді қалпына келтіру схемалары.
    

Кәдімгі фотографияда фотопластинкаға жарық өрісі жайындағы ақпараттың бір бөлігі, атап айтқанда, жарық интенсивтігінің кеңістіктік үлестірілуі тіркеледі. Ал оптика үшін маңызды болатын өріс фазасының кеңістіктік үлестірілуі жайындағы ақпарат толығынан жоғалады.

Осыған байланысты жарық өрісін жазып алу процесін амплитуда жайында да, фаза жайында да ақпарат сақталатындай етіп құруға болмас па екен ? –деген сұрақ туады. Мұндай мүмкіндік бар екен. Толқындық өрістерді жазып алудың осындай амалы голография деп аталады.

Голографияның негізгі идеясы өте қарапайым. Ол объектен келетін жарық өрісінің (денелік толқынның) өзін суретке түсіріп алу емес, осы өрістің (денелік толқынның) когерентті тірек толқынмен интерференциялану бейнесін суретке түсіріп алу болады. Денелік толқын мен тірек толқынның фотопластинкаға жазылып алынған интерференциялық суреті голограмма деп аталады.

 

16. 
    Спектр жайлы түсінік. Жарық сәулесін спектрге жүктеу.
    

Спектр – бұл жарықтың құрама бөліктерге бөлінуі, яғни түрлі түсті сәулелерге бөлінуі. Заттың спекрі дегеніміз толқын ұзындықтары бойынша реттелген, затпен шығарылатын, жұтылатын, шағылатын немесе сынатын  электромагнитті сәулелену. Зарядталған бөлшектедің шапшан қозғалысы кезінде электромагнитті толқындар пайда болады. Затқа температурамен, электрондар ағынымен, белгілі бір толқын ұзындығына тең жарық  ағынымен (электромагнитті энергиямен) әсер етіп спектрді алады.

Көптеген заттардың сәулеленуінің спектр құрамы әр түрлі болып табылады. Бірақ, осыған қарамастан, тәжірбие көрсеткенде бір-бірінен елеулі айырмашылығы бар бүкіл спектрлерді 3 түрге бөлуге болады.

Спектралды сызықтың толқын ұзындығынан басқа тағы бір басты қасиетті бар – ол интенсивтілігі. Шығару спектрінің интенсивтілгі, қозған заттың атомдары немесе молекулалары шығаратын энергияға байланысты.

Спектр (лат spektrum – елестету, бейне) – физикада берілген физикалық шаманың қабылдайтын әр түрлі мәндерінің жиынтығы. Спектрлер үздіксіз және дискретті (үздікті) болып бөлінеді. Спектр ұғымы көбіне тербелмелі процестерде (мысалы, тербеліс спектрі, дыбыс спектрі, оптикалық спектрлер, теледидарлық сигналдар спектрі, т.б.) жиі қолданылады. Ядролық физикада массалар спектрі, сондай-ақ импульстер, энергиялар және жылдамдықтар спектрі ұғымдары да пайдаланылады. ^[1] [2]

Зат атомдары мен молекулалары электромагниттік сәуле шығаруды сіңіре отырып, энергетикалық қоздырылған күйге ауысады. Атомдар мен молекулалардың осы сіңірген энергиясы олардың тербелмелі, айналмалы немесе ілгерілемелі энергиясын арттыруға жұмсалады, ал кей жағдайда ол екінші реттік сәуле шығаруға немесе фотохимиялық процесс түріне түрленеді.

Электромагниттік сәуле шығарудың бірнеше түрлері белгілі: γ-сәулелер; рентген сәуле шығару; әсірекүлгін, көрінетін, инфрақызыл, микротолқынды және радио жиілікті сәуле шығару.

17. 
    Геометриялық оптиканың негізгі қағидалары мен заңдары.
    

1. Түзу сызықты жарықтың қолдану заңы;

2. Жарықтың шағылу заңы;

3. Жарықтың сыну заңы.

Геометрикалық оптиканы толқынды оптикалық шектелген деп қарастыруға болады.

Оптика бөлімі, қозғалу энергиясының жарық сәулесі сияқты бағытталуын жарық энергиясы негізінде қолданылуы геометриялық оптика деп аталады. Геометриялық оптиканың негізгі заңы жарықтың физикалық табиғаттын орнатудан көп бұрын белгілі болды.

Түзу сызықты жарық заңы оптикалық біртекті ортада түзу сызықты жарық қолданылғанда орынды. Бұл заңды кенет көлеңкеде түссіз емес денелердің жарықталуы кезінде кіші өлшемді жарық («нүктелік көз») көзі кезінде қолданады. Нәтижесінде тар жарық шоғыры пайда болатын жарықтың өтуі алыс көзден үлкен емес саңылау ішінен басқа атақты әдіс дәлелдеулері қызмет етуі мүмкін. Бұл әдіс жарық сәулесін геометриялық сызық ретінде ұсынылған жарық бойында қолданылады.

Мөлшерлері үлкен ұзындықтағы толқындармен салыстырғанда, жарықтың аз бөлігі өтетін болса, жарық сәулесі мәнін жоғалтады, нәтижесінде түзу сызықты заңды қолдану да бұзылады. Сол себептен толқындық оптика   ұмтылған кезде геометриялық оптикаға сүйенеді.

Жарық екі түссіз заттар арасында бөлшектеніп шағылады, жарық энергиясы шағылғаннан кейін жаңа бағытта қолданылады.

Жарықтың шағылу заңы: екі заттың бөлінген жеріне перпендекуляр нүктеге түскен және шағылған сәуленің шағылу бұрышы түсу бұрышына тең.

Жарықтың сыну заңы: түскен және шағылған сәуле, сонымен қатар қалпына келген сәуленің түсу нүктесі екі заттың шекарасына перпендекуляр бір жазықтықта жатады. Берілген тұрақты екі заттың d түсу бұрышының синусының   сыну бұрышының синусына қатынасы сыну көрсеткішін береді:

 . 

18. 
    Ферма принципі Ферми принципімен жарықтың шағылу және сыну заңдарын дәлелдеу.
    

Ферма принципі - геометриялық оптиканың жарық сәулесінің кеңістіктің белгілі бір нүктесінен екінші нүктесіне ең аз уақыт кететіндей жолмен (олардың арасын қосатын басқа жолдармен салыстырғанда) таралатындығын тұжырымдайтын негізгі принципі. Ферма бұл принципті 1660 жылы тұжырымдаған. Ферма принципінен геом. оптиканың негізгі заңдары - жарықтың түзу сызық бойымен таралу, шағылу және сыну заңдары қорытылады. Толқындық оптикада Ферма принципі Гюйгенс- Френель приниципінің дифракцияны ескермеуге болатын шекті жағдайының салдары болып табылады. Дифракцияны ескермеуге болмайтын жағдайларда Ферма принципі қолданылмайды.

19. 
    Центрленген сфералық оптикалық бетер. Жарықтың осындай бетте сынуы.
    

Жарықтың сынуы - бұл жарық толқыны таралу кезінде бір материалды ортадан екінші ортаға өткен кезде, оның бағыты мен жылдамдығында бірден өзгеріс болады. Бұл жарық шағылыстырумен байланысты процесс және бір уақытта өзін көрсете алады.

Жарық вакуум, су, ауа, гауһар, әйнек, кварц, глицерин және басқа да мөлдір немесе мөлдір материалдардың барлық түрлерінде таралуы мүмкін. Әр ортада жарық әр түрлі жылдамдықта таралады.

Мысалы, ол ауадан суға өткен кезде жарықтың сынуы бар, онда оның бұрышы мен орын ауыстыру жылдамдығы өзгереді.

Жарықтың сынуының кез-келген құбылысына келесі элементтер қатысады:

• 
  найзағай: екі орта арасында бетке жететін жарық сәулесі;
  
• 
  сынған сәуле: жарық толқыны беткейден өткен кезде ауытқитын сәуле;
  
• 
  қалыпты сызық: екі сәуленің де сәйкес келетін нүктесінен орнатылған бетіне перпендикуляр қиял сызығы;
  
• 
  түсу бұрышы: түскен сәуле мен қалыпты сызық арасында пайда болатын бұрыш. Ол θ белгісімен көрінеді₁;
  
• 
  сыну бұрышы: - бұл сынған сәуле мен қалыпты сызық арасында пайда болатын бұрыш. Ол θ белгісімен көрінеді₂.
  

20. 
    Жарығын линзада сынуы. Жұқа линзаларда кескінді алу.
    

Линза деп – екі жағы сфералық беттермен шектелген мөлдір денені айтамыз. Олар шашыратқыш және жинағыш болып екіге бөлінеді.

Қос дөңес (1)

Жазық дөңес (2)

Ойыс дөңес (3)



Қос ойыс (4)

Жазық ойыс (5)

Дөңес ойыс(6)

Егер бас оптикалық оське параллель жарық сәулелерін түсірсек линзаның бас F фокусында жиналады.Бұл нүкте линзаның бас оптикалық осінде жатады.Линзаның екі жағында орналасқан екі бас фокусы бар.Линзаның фокустық жазықтығы деп линзаның бас фокусы арқылы линзаның бас осіне перпендикуляр жүргізілген жазықтықты айтады.Линзада фокустық жазықтық екеу, ал қосымша окустар жазықтығы шексіз. Жинағыш линзаны «↨», ал шашыратқыш линзаны «‌|» белгілеу енгізілген.                      

                                        

21. 
    Жарық поляризациясы. Поляризацияланған сәуленің интерференциясы.
    

жарықтың поляризациясы Бұл көрінетін жарықты құрайтын электромагниттік толқын артықшылықты бағытта тербелген кезде пайда болатын құбылыс. Электромагниттік толқын таралу бағытына көлденең электр толқынынан және магниттік толқыннан тұрады. Магниттік тербеліс бір уақытта және электрлік тербелістен бөлінбейді және өзара ортогональды бағытта жүреді.

Күн немесе жарық шамы сияқты көптеген жарық көздері шығаратын жарық поляризацияланбаған, демек, екі компонент те: электрлік және магниттік, таралу бағытына әрдайым перпендикуляр болса да, барлық мүмкін бағыттарда тербеледі.

22. 
    Жарық дисперсиясы. Дисперсия теңдеуі. Қалыпты және аномальды дисперсия.
    

Дисперсия (лат. dispersion - шашырау).

Дисперсия

1. Электромагниттік сәуле шығарудың дербес спектрлік құрамының қандай да бір уақыт ішінде шашырауы. Модалық дисперсия, материал дисперсиясы, сәулежол дисперсиясы деп ажыратылады.

2. Символдар арасындағы интерференция сурет пен оптикалық талшық арқылы өткенде импульстер ұзақтығының артуына байланысты пайда болатын эффект. Дисперсия оптикалық талшықтың еткізу жолагының шектелуіне әкеледі.

23. 
    Жарықтың жұтылуы және шашырауы.
    

Жарық толқыны энергиясының сол толқынның затқа енуіне байланысты кемуін жарықтың жұтылуы дейміз. Сонда жарық бір ортадан өткенде оның интенсивтігі кемиді, өйткені жарық толқындары электр өрісі ықпалынан зат атомдарының құрамындағы электрондарды еріксіз тербетеді, себебі ұдайы тербеліс болу үшін жарық энергиясы жұмсалады да ол энергияның басқа түріне айналады. Зат атомдарының бір-бірімен соғылысу нәтижесінде электрондардың тербеліс энергиясының біраз бөлігі молекуланың ретсіз қозғалыс энергиясына айналады. Жарықтың жұтылу заңын тәжірибе жүзінде ең алғаш 1729ж француз ғалымы П.Бугер ашты. Одан кейінірек тәжірибе жүзінде 1760ж Ламберт жетілдіріп дәлелдеген. Сондықтан формула Бугер-Ламберт заңы д.а.

. Жарықтың шашырауы — оптикалық сәуле (жарық) ағынының затпен өзара әсерлесуі кезінде кейбір сипаттамаларының өзгеруі. Мұндай сипаттамаларға жарық қарқындылығының кеңістіктік таралуы, жиіліктік спектр, жарықтың полярлануы жатады. Көбінесе, Жарықтың шашырауы деп ортаның кеңістіктік біртексіздігінен болатын сол ортаның өзіндік емес (меншіксіз) жарқырауын айтады. Жарықтың шашырауын жүйелі түрде кванттық электрдинамикаға негізделген сәуленің затпен әсерлесуінің кванттық теориясы мен зат құрылысының кванттық көзқарасына сүйене отырып сипаттауға болады. 

24. 
    Жарықтың молекулалық шашырауы, оның спектрлері.
    

Жарықтың шашырауы — оптикалық сәуле (жарық) ағынының затпен өзара әсерлесуі кезінде кейбір сипаттамаларының өзгеруі. Мұндай сипаттамаларға жарық қарқындылығының кеңістіктік таралуы, жиіліктік спектр, жарықтың полярлануы жатады. Көбінесе, Жарықтың шашырауы деп ортаның кеңістіктік біртексіздігінен болатын сол ортаның өзіндік емес (меншіксіз) жарқырауын айтады. Жарықтың шашырауын жүйелі түрде кванттық электрдинамикаға негізделген сәуленің затпен әсерлесуінің кванттық теориясы мен зат құрылысының кванттық көзқарасына сүйене отырып сипаттауға болады. Бұл теория бойынша, Жарықтың шашырауының әрбір жеке актісі зат бөлшегінің энергиясы , импульсі k және полярлануы болатын фотонды жұтуы, содан кейін энергиясы , импульсі k және полярлануы болатын фотонды шығаруы деп қарастырылады (мұндағы және — түскен және шашыраған сәуле жиіліктері, k және k — толқындық векторлар). Егер шыққан фотонның энергиясы жұтылған фотонның энергиясына тең болса , онда Жарықтың шашырауы рэлейлік шашырау немесе серпімді шашырау делінеді. Ал Жарықтың шашырауы болғанда, энергия сәуле мен заттың арасында бөлінеді де, ол серпімсіз шашырау деп аталады.
Жарықтың шашырауын, көп жағдайда, сәуленің толқындық теориясы негізінде сипаттау жеткілікті. Бұл теория тұрғысынан, түскен жарық толқыны орта бөлшектерінде электр зарядтарының еріксіз тербелістерін тудырады, ал олар екінші реттік жарық толқындарының көздері болып табылады.

25. 
    Жылулық сәуле шығару заңдары.
    

26. 
    Сәуле шығарудың басқа түрлері: люминсценция, флуоресценция, фосфоресценция, т.б.
    

Флуоресценция және фосфоресценция - бұл жарық шығаратын екі механизм немесе фотолюминесценцияның мысалдары. Алайда, екі термин бірдей мағына бермейді және бірдей болмайды. Флуоресценцияда да, фосфоресценцияда да молекулалар жарық сіңіреді және аз энергия (фотон толқын ұзындығы) бар фотондарды шығарады, бірақ флуоресценция фосфоресценцияға қарағанда тез жүреді және электрондардың спин бағытын өзгертпейді.

ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ (осы құбылыс ең алғаш байқалған флюорит минералының аты және латынша escent — әлсіз әсер) — қоздыру әсері тоқтағаннан кейін тез өшіп қалатын люминесценция (өшу уақыты t10 нс). Флуоресценция құбылысы қозған молекулалардың (атомдардың) қалыпты күйге өздігінен ауысуы кезінде пайда болады. Флуоресценцияның спектрі және оның өшуі бойынша молекулалардың, сұйықтардың, кристалдардың, сондай-ақ биология объектілердің (мыс., клетка құрылысы) қасиеттері жөнінде деректер алынады.

Фосфоресценция - жарқыл қоздырғыштың қимылы тоқтатылғаннан кейін ұзақ уақыт сақталатын люминесценция

27. 
    Оптикалық кванттық генераторлар, лазер сәулесін техника және ғылымда пайдаланды.
    

Лазер (ағылш. laser, ағылш. light amplification by stimulated emission of radiation - жарықты мәжбүрлі сәулелену арқылы күшейту қысқашасы) — лазер, оптикалық кванттық генератор — толтыру (жарық, электр, жылу, химиялық және т.б.) энергиясын когерентті, монохроматты, поляризацияланған және тар бағытталған сәулелену ағынының энергиясына түрлендіруші аспап.

1. Лазер сәулесін беретін аспап. Оның түрлері: газ лазері, жартылай өткізгіш лазері, қатты дене лазері және сұйық зат лазері. Стоматология тәжірибесінде баяу ағынды гелий-неондық лазер қолданылады. Қанжел (пародонт) ауруларын, зақымданған тканьдерді емдеуде, организмнің әр түрлі ауруларға бейімділігін (сенсебилизаңия) кеміту, иммундық қасиеттерін күшейту т. б. клиникалық жұмыстарда жақсы нәтиже беріи келеді. Ауыз қуысында болатын стоматиттерді (ауыздың уылуы) ерін мен тіл жараларын, глоссалгияны (тоқтаусыз ауыратын тіл кеселі), глосситті (тіл кабынуы) лазер сәулесімен емдеудің нәтижесі жақсы. Бұл сәулені сондай-ақ жақ сүйектері сынғанда, бетке пластикалық операциялар жасағанда қолданады.^[1]



Лазерлік көрсеткіші бар Револьвер

2. кванттық генераторлар мен оптикалық диапазондағы күшейткіштер. Лазер атауы ағылшынның "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" сөзін қысқартқандағы LASER атауынан шыққан ("индуктивті сәулеленудің комегімен жарықты күшейту"). Лазердің негізгі бөлшектері: белсенді зат, резонатор, козғаушы көз бен жабдықтаушы көз. Лазер жарық толкындары диапозоныңда жұмыс істейді әрі кванттық-механикалық қондырғының бір түрі болып табылады. Оның жұмысы белсенді заттың козғаушы микробөлшектерін квант жарығына индуцивті жіберуге негізделген. Лазер өте жұқа шашырамайтын (шоғырланған), энергиясының тығыздығы жоғары жарық сәулесін алуға мүмкіндік береді. Бұл сәуле байланыс құралы (оның ішінде аса алыс ғарыштық), локация, навигация және талқандайтын қару ретінде де қолданылуы мүмкін. 

28. 
    Фотоэффект құбылысына екі тұрғыдан түсіндіру. Фотоэффект құбылысын пайдалану.
    

Фотоэффект құбылысы ғылым және техниканың әр түрлі салаларында кеңінен қолданылады. Фотоэффект негізінде жасалған құралдар фотоэлементтер деп аталады. Олардың ең қарапайымы — вакуумдік фотоэлемент ішінен ауасы сорып алынған шыны баллон түрінде жасалады. Баллонның ішкі бетінің біраз бөлігіне жұқа металл қабаты жалатылған, ол фотокатод рөлін атқарады. Анод ретінде баллонның ортасына орналастырылған металл сақина немесе сирек тор пайдаланылады. Фотоэлемент аккумуляторлық батареялар тізбегіне қосылады, оның ЭҚК-і фототок қанығу тоғына тең болатын етіп алынады. Вакуумдік фотоэлементтер инерциясыз, олардағы фототок сәулелену интенсивтігіне пропорционал. Осы қасиеттер вакуумдік фотоэлементтерді фотометриялық құралдар ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Мысалы, люксометрлер—жарықтануды өлшейтін, фотоэлектрлік экспонометрлер — фото мен кино түсіруде экспозиция уақытын өлшейтін құралдар.

Фотореле — өндірісте, әр түрлі технологиялық процестерде, әскери істе қондырғыларды автоматты түрде ағытып, қосу үшін қолданылады.

29. 
    Физо мен Майкельсон тәжірибелері. Оптикадағы Допплер эффектісі.
    

Майкельсон тәжірибесі, Жер қозғалысының жарық жылдамдығына әсерін өлшеу мақсатымен америкалық физик А.Майкельсон (1852 — 1931) жүргізген (1881). 19 ғ-дың аяғына дейін физика ғылымында жарық белгілі бір әмбебап әлемдік орта — эфирде таралады деген көзқарас қалыптасып тұрды. Мұның үстіне бірқатар құбылыстар (жарық аберрациясы, Физо тәжірибесі) негізінде эфир қозғалмайды не қозғалған дене эфирдің белгілі бір бөлігін өзімен ілестіре кетеді деген қорытындылар жасалды. Қозғалмайтын эфир жөніндегі гипотеза бойынша, Жер эфир ішінде қозғалғанда, “эфир желі” байқалуға тиіс, әрі жарық жылдамдығы жарық сәулесінің Жердің қозғалу бағытына қарағандағы бағытына ғана тәуелді болуға тиіс. Майкельсон тәжірибесі тең иінді Майкельсон интерферометрінің көмегімен жүргізілді. Оның бір иіні Жер қозғалысының бағыты бойынша, екіншісі оған перпендикуляр бағытта орналастырылды. 



Доплер эффекті — бақылаушы қабылдайтын толқын жиілігінің сол тербеліс көзінің қозғалу жылдамдығына қарай өзгеруі. Мысалы, дыбыс (электромагниттік тербеліс) көзі бақылаушыға жақындаса, онда бақылау орнында жиіліктің артатыны, бақылаушыдан алыстаса, жиіліктің кемитіні байқалады. Радиолокацияда ұшақтардың ұшу жылдамдығын, астрономияда жұлдыздар мен тұмандықтардың радиалды қозғалыс жылдамдығын анықтау үшін пайдаланылады. Жұлдыздар қозғалысында бұл құбылыс көбінесе жарықтың қызаруы және көгеруі арқылы көрінеді. Алыстаған жұлдыздың жарығы қызара түседі, ал жақындап келе жатқан жұлдыздың жарығы көгере түседі.^[

30. 
    Сызықтық емес оптика жайлы түсінік. Мысалдар
    

Сызықты емес оптика – физикалық оптиканың қуатты сәуле шоғының қатты денелерде, сұйықтықтар мен газдарда таралуын және оның сол заттармен әсерлесуін зерттейтін саласы. Лазердің шығуына байланысты оптикада қуаты 109 – 1011 Вт-қа дейін жететін когерентті сәуле көздерін алуға мүмкіндік жасалды. Қуатты жарық өрісінде жаңа оптикалық эффектілер пайда болады, сондай-ақ кейбір белгілі құбылыстардың сипаттамалары да елеулі түрде өзгереді (мысалы, сыну көрсеткіші, жұтылу коэффициенті, т.б.). Мұндай құбылыстардың барлығына тән ерекшелік – олардың өту сипатының жарық қарқындылығына тәуелділігі. Сызықты емес оптика бойынша егер ортаның оптикалық қасиеттері жарық толқындарының электр өрісі кернеулігінің (Е) функциясы болса, онда ортаның поляризациясы (Р) Е-ге сызықты емес тәуелділікте болады. Ғылымға “Сызықты емес оптика” ұғымын С.И. Вавилов енгізген. Сызықты емес оптиканың тәсілдері оптиканың дәстүрлі тарауларында және оның жаңа бағыттарында кеңінен пайдаланылады. Сызықты емес оптиканың табыстары плазма физикасының, акустиканың, радиофизиканың, т.б. дамуына да әсер етті.