Bijela svjetlost kao elektromagnetski val sastoji se od. Svjetlost je poput elektromagnetskog vala. Brzina svjetlosti. Interferencija svjetlosti: Youngovo iskustvo; tankoslojne boje

Svjetlost je oblik energije vidljiv ljudskom oku koji emitiraju pokretne nabijene čestice.

Sunčeva svjetlost igra važnu ulogu u životu divljih životinja. Neophodan je za rast biljaka. Biljke pretvaraju energiju sunčeve svjetlosti u kemijski oblik kroz proces fotosinteze. Nafta, ugljen i prirodni gas ostaci su biljaka koje su živjele prije milijune godina. Možemo reći da je to energija pretvorene sunčeve svjetlosti.

Znanstvenici su eksperimentima pokazali da se svjetlost ponekad ponaša kao čestica, a ponekad kao val. Godine 1900 kvantna teorija Max Planck spojio je dva stajališta znanstvenika na svijet. I u moderna fizika svjetlo se smatra poprečnim Elektromagnetski valovi, vidljiva osoba, koje emitiraju svjetlosni kvanti (fotoni) - čestice koje nemaju masu i kreću se brzinom

Svjetlosne karakteristike

Kao i svaki val, svjetlost se može okarakterizirati duljinom (λ), frekvencijom (υ) i brzinom širenja u bilo kojem mediju (v). Odnos između ovih veličina prikazan je formulom:

Vidljiva svjetlost leži u rasponu valnih duljina elektromagnetska radijacija od m (uzlaznim redoslijedom valne duljine: ljubičasta, plava, zelena, žuta, narančasta, crvena). Frekvencija svjetlosnog vala povezana je s njegovom bojom.

Kada svjetlosni val prijeđe iz vakuuma u medij, njegova duljina i brzina širenja se smanjuju, frekvencija svjetlosnog vala ostaje nepromijenjena:

n je indeks loma medija, c je brzina svjetlosti u vakuumu.

Treba imati na umu da je brzina svjetlosti:

• u vakuumu je univerzalna konstanta u svim sustavima izvješćivanja;
• u mediju je uvijek manja od brzine svjetlosti u vakuumu;
• ovisi o okolini kroz koju prolazi;
• u vakuumu je uvijek veća od brzine bilo koje čestice mase.

Valna priroda svjetlosti

Valna priroda svjetlosti prvi put je ilustrirana eksperimentima difrakcije i interferencije. Kao i svi elektromagnetski valovi, svjetlost može putovati kroz vakuum te se reflektirati i lomiti. Poprečna priroda svjetlosti dokazuje se fenomenom polarizacije.

Smetnje

Svjetlosni valovi koji imaju konstantnu faznu razliku i istu frekvenciju proizvode vidljivi učinak interferencije kada se rezultirajući val ojača ili oslabi.

Isaac Newton bio je jedan od prvih znanstvenika koji je proučavao fenomen interferencije. U njegovom poznati eksperiment"Newtonove prstenove" spojio je konveksnu leću velikog radijusa zakrivljenosti s ravnom staklenom pločom. Ako ovo uzmemo u obzir optički sustav kroz reflektiran sunčeva svjetlost, uočava se niz koncentričnih svijetlih i tamnih jako obojenih svjetlosnih krugova. Prstenovi se pojavljuju zbog tankog sloja zraka između leće i ploče. Svjetlost reflektirana od gornje i donje površine stakla interferira i daje maksimum interferencije u obliku svjetlosti, a minimum u obliku tamnih prstenova.

Difrakcija

Difrakcija je savijanje svjetlosnog vala oko prepreka. Fenomen se može promatrati kada je prepreka po veličini usporediva s valnom duljinom. Ako je objekt mnogo veći od valne duljine izvora svjetlosti, pojava je gotovo neprimjetna.

Rezultat difrakcije je izmjenjivanje obojenih i tamnih traka svijetlih ili koncentričnih krugova. Ovaj optički učinak nastaje kao posljedica činjenice da valovi koji obilaze prepreku interferiraju. Ovu sliku daje svjetlost reflektirana od površine CD-a.

Gimnazija 144

sažetak

Brzina svjetlosti.

Smetnje svjetlosti.

stajaći valovi.

Učenik 11. razreda

Korčagin Sergej

Sankt Peterburg 1997.

Svjetlost je elektromagnetski val.

U 17. stoljeću nastale su dvije teorije svjetlosti: valna i korpuskularna. Korpuskularnu1 teoriju predložio je Newton, a teoriju valova Huygens. Prema Huygensu, svjetlost su valovi koji se šire u posebnom mediju - eteru, koji ispunjava sav prostor. Dvije teorije Dugo vrijeme postojala paralelno. Kada jedna od teorija nije objasnila neki fenomen, objašnjavala se drugom teorijom. Na primjer, pravocrtno širenje svjetlosti, koje dovodi do stvaranja oštrih sjena, nije se moglo objasniti na temelju teorije valova. Međutim, u početkom XIX stoljeća otkriveni su fenomeni kao što su difrakcija2 i interferencija3, što je potaknulo misli da je valna teorija konačno pobijedila korpuskularnu. U drugoj polovici 19. stoljeća Maxwell je pokazao da svjetlost jest poseban slučaj Elektromagnetski valovi. Ti su radovi poslužili kao temelj za elektromagnetsku teoriju svjetlosti. Međutim, početkom 20. stoljeća otkriveno je da se, kada se emitira i apsorbira, svjetlost ponaša kao mlaz čestica.

^ Brzina svjetlosti.

Postoji nekoliko načina za određivanje brzine svjetlosti: astronomske i laboratorijske metode.

Brzinu svjetlosti prvi je izmjerio danski znanstvenik Roemer 1676. astronomskom metodom. Zabilježio je vrijeme kada je najveći Jupiterov mjesec, Io, bio u sjeni ovog ogromnog planeta. Roemer je vršio mjerenja u trenutku kada je naš planet bio najbliži Jupiteru, i u trenutku kada smo bili malo (astronomski) udaljeniji od Jupitera. U prvom slučaju, interval između izbijanja bio je 48 sati i 28 minuta. U drugom slučaju, satelit je kasnio 22 minute. Iz ovoga se zaključilo da je svjetlu potrebno 22 minute da prijeđe udaljenost od mjesta prethodnog opažanja do mjesta sadašnjeg promatranja. Znajući udaljenost i vremensko kašnjenje Ioa, izračunao je brzinu svjetlosti, koja se pokazala ogromnom, oko 300 000 km/s4.

Prvi put je brzinu svjetlosti laboratorijskom metodom izmjerio francuski fizičar Fizeau 1849. Dobio je vrijednost brzine svjetlosti jednaku 313 000 km/s.

Prema suvremenim podacima, brzina svjetlosti je 299 792 458 m/s ±1,2 m/s.

^ Interferencija svjetlosti.

Prilično je teško dobiti sliku interferencije svjetlosnih valova. Razlog tome je taj svjetlosni valovi, emitirano raznih izvora međusobno su nedosljedni. Trebali bi imati iste valne duljine i konstantnu faznu razliku u bilo kojoj točki prostora5. Jednakost valnih duljina nije teško postići korištenjem svjetlosnih filtera. Ali nemoguće je postići stalnu faznu razliku zbog činjenice da atomi različitih izvora emitiraju svjetlost neovisno jedan o drugom6.

Ipak, može se uočiti interferencija svjetlosti. Na primjer, iridescentni preljev boja na mjehur od sapunice ili na tankom sloju kerozina ili ulja na vodi. Engleski znanstvenik T. Jung prvi je došao na briljantnu ideju da se boja objašnjava dodavanjem valova od kojih se jedan reflektira s vanjske površine, a drugi ¾ od unutarnje. U tom slučaju dolazi do interferencije svjetlosnih valova. Rezultat interferencije ovisi o kutu upada svjetlosti na film, njegovoj debljini i valnoj duljini.

^ Stojeći valovi.

Primijećeno je da ako se jedan kraj užeta zamahne pravilno odabranom frekvencijom (drugi kraj je fiksiran), tada će do fiksnog kraja teći kontinuirani val koji će se zatim reflektirati gubitkom poluvala. Interferencija upadnog i reflektiranog vala rezultirat će stajaćim valom koji izgleda nepomično. Stabilnost ovog vala zadovoljava uvjet:

L=nl/2, l=u/n, L=nu/n,

gdje je L ¾ duljina užeta; n ¾ 1,2,3, itd.; u ¾ brzina širenja vala, koja ovisi o napetosti užeta.

Stojeći valovi pobuđuju se u svim tijelima sposobnim oscilirati.

Stvaranje stajaćih valova rezonantna je pojava koja se događa na rezonantnim ili prirodnim frekvencijama tijela. Točke u kojima se smetnje poništavaju nazivaju se čvorovi, a točke u kojima je interferencija pojačana nazivaju se antičvorovi.

Svjetlost ¾ elektromagnetski val………………………………………………..2

Brzina svjetlosti………………………………………………………………………2

Smetnje svjetlosti…………………………………………………………….3

Stojeći valovi………………………………………………………………………3

Fizika 11 (G.Ya. Myakishev B.B. Lukhovtsev)

Fizika 10 (N.M. Shakhmaev S.N. Shakhmaev)

Prateće bilješke i testni zadaci (G.D. Luppov)

1 Latinska riječ "corpuscle" prevedena na ruski znači "čestica".

2 Zaokruživanje prepreka svjetlom.

3 Fenomen pojačanja ili slabljenja svjetlosti pri superponiranju svjetlosnih zraka.

4 Sam Roemer dobio je vrijednost od 215 000 km/s.

5 Valovi koji imaju istu duljinu i konstantnu faznu razliku nazivaju se koherentni.

6 Jedina iznimka su kvantni izvori svjetlosti ¾ laseri.

7 Zbrajanje dvaju vala, uslijed čega dolazi do vremenski stabilnog pojačanja ili slabljenja nastalih svjetlosnih vibracija u različitim točkama u prostoru.

Iz teorije elektromagnetsko polje, koju je razvio J. Maxwell, slijedi: elektromagnetski valovi se šire brzinom svjetlosti - 300.000 km/s, da su ti valovi poprečni, baš kao i svjetlosni valovi. Maxwell je sugerirao da je svjetlost elektromagnetski val. Kasnije je ovo predviđanje eksperimentalno potvrđeno.

Poput elektromagnetskih valova, širenje svjetlosti pokorava se istim zakonima:

Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti. U prozirnom homogenom mediju svjetlost putuje u ravnim linijama. Ovaj zakon objašnjava kako nastaju pomrčine Sunca i Mjeseca.

Kad svjetlost padne na granicu između dva medija, dio svjetlosti se reflektira u prvi medij, a dio prelazi u drugi medij, ako je proziran, pri čemu se mijenja smjer širenja, tj. lomi se.

SVJETLOSNE SMETNJE

Pretpostavimo da dva monokromatska svjetlosna vala, postavljena jedan na drugog, pobuđuju oscilacije istog smjera u određenoj točki prostora: x 1 = A 1 cos (t +  1) i x 2 = A 2 cos (t +  2). Pod, ispod x razumjeti intenzitet električne E ili magnetski H valna polja; vektori E i H osciliraju u međusobno okomitim ravninama (vidi § 162). Jačine električnog i magnetskog polja pokoravaju se principu superpozicije (vidi § 80 i 110). Amplituda rezultirajuće oscilacije u danoj točki A 2 \u003d A 2 l + A 2 2 + 2A 1 A 2 cos ( 2 - 1) (vidi 144.2)). Budući da su valovi koherentni, tada je cos( 2 -  1) ima konstantnu vrijednost u vremenu (ali svoju za svaku točku u prostoru), stoga intenzitet rezultirajućeg vala (1 ~ A 2)

U točkama u prostoru gdje je cos( 2 -  1) > 0, intenzitet I > I 1 + I 2 , gdje je cos( 2 -  1) < Oh intenzitet I< I 1 +I 2 . Следовательно, при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение svjetlosni tok, što rezultira maksimumima intenziteta na nekim mjestima i minimumima intenziteta na drugima. Ova pojava se naziva svjetlosna interferencija.

Za nekoherentne valove razlika ( 2 -  1) se kontinuirano mijenja, pa je vremenska prosječna vrijednost cos( 2 - 1) nula, a intenzitet rezultirajućeg vala svugdje je isti i za I 1 = I 2 jednako je 2I 1 (za koherentne valove na ovo stanje na maksimumima I = 4I 1 na minimumima I = 0).

Kako možete stvoriti uvjete potrebne za pojavu interferencije svjetlosnih valova? Za dobivanje koherentnih svjetlosnih valova koristi se metoda dijeljenja vala kojeg emituje jedan izvor na dva dijela, koji nakon prolaska kroz različite optičke staze jedan na drugi i uočava se interferentni uzorak.

Neka se razdvajanje na dva koherentna vala dogodi u određenoj točki O . Do točke M, u kojem se opaža interferencijski uzorak, jedan val u mediju s indeksom loma n 2 prošao put s 1 , drugi - u mediju s indeksom loma n 2 - put s 2 . Ako u točki O faza titranja jednaka je t , zatim u točki M prvi val će pobuditi oscilaciju A 1 cos(t - s 1 / v 1) , drugi val - fluktuacija A 2 cos (t - s 2 / v 2) , gdje je v 1 = c/n 1 , v 2 = c/n 2 - fazna brzina prvog i drugog vala. Razlika faza oscilacija pobuđenih valovima u točki M, jednako je

(uzeto u obzir da je /s = 2v/s = 2 0 gdje je  0 valna duljina u vakuumu). Umnožak geometrijske duljine s putanja svjetlosnog vala u danom mediju po indeksu loma n tog medija naziva se optička duljina puta L , a  \u003d L 2 - L 1 - razlika u optičkim duljinama putova koje prolaze valovi - naziva se razlika optičkih puteva. Ako je razlika optičkog puta jednaka cijelom broju valnih duljina u vakuumu

zatim  = ± 2m , M oba vala će se pojaviti u istoj fazi. Stoga je (172.2) uvjet za maksimum interferencije.

Ako je razlika optičkog puta

tada je  = ±(2m + 1) , a oscilacije pobuđene u točki M oba vala će se pojaviti u antifazi. Stoga je (172.3) uvjet za minimum interferencije.

PRIMJENE SVJETLOSNIH INTERFERENCIJA

Fenomen interferencije je posljedica valne prirode svjetlosti; njegove kvantitativne pravilnosti ovise o valnoj duljini Do. Stoga se ovaj fenomen koristi za potvrdu valne prirode svjetlosti i za mjerenje valnih duljina (interferencijska spektroskopija).

Fenomen interferencije se također koristi za poboljšanje kvalitete optičkih uređaja (optička prevlaka) i za dobivanje visokoreflektivnih premaza. Prolazak svjetlosti kroz svaku lomnu površinu leće, na primjer, kroz sučelje staklo-zrak, popraćen je refleksijom od 4% upadnog toka (kada se prikazuje tijelo loma stakla 1,5). Kao moderne leće sadržavati veliki broj leće, tada je broj refleksija u njima velik, pa su stoga i gubici svjetlosnog toka veliki. Dakle, intenzitet propuštene svjetlosti je oslabljen, a osvjetljenje optički instrument smanjuje se. Osim toga, refleksije s površina leća dovode do odbljeska, što je često (na primjer, in vojne opreme) demaskira položaj uređaja.

Za eliminaciju ove nedostatke provoditi tzv osvjetljenje optike. Za to se na slobodne površine leća nanose tanki filmovi s indeksom loma nižim od materijala leće. Kada se svjetlost reflektira od sučelja zrak-film i film-staklo, dolazi do interferencije koherentnih zraka 1 i 2" (slika 253).

AR sloj

Debljina filma d a indeksi loma stakla n c i filma n mogu se odabrati tako da se valovi reflektirani s obje površine filma međusobno poništavaju. Da bi to učinili, njihove amplitude moraju biti jednake, a optička razlika puta jednaka - (vidi (172.3)). Proračun pokazuje da su amplitude reflektiranih zraka jednake ako

(175.1)

Budući da je n s, n i indeks loma zraka n 0 zadovoljavaju uvjete n c > n > n 0 , tada dolazi do gubitka poluvala na obje površine; dakle minimalni uvjet (pretpostavimo da svjetlost pada normalno, tj. I = 0)

gdje nd- debljina optičkog filma. Tada se obično uzima m = 0

Dakle, ako je uvjet (175.1) zadovoljen i optička debljina filma jednaka  0 /4, tada se kao rezultat interferencije reflektirane zrake gase. Budući da je nemoguće postići istovremeno gašenje za sve valne duljine, to se obično radi za valnu duljinu koja je najosjetljivija za oko  0  0,55 μm. Stoga leće s obloženom optikom imaju plavkasto-crvenu nijansu.

Stvaranje visokoreflektivnih premaza postalo je moguće samo na temelju multipath interferencija. Za razliku od interferencije s dva snopa, koju smo do sada razmatrali, multipath interferencija nastaje kada se superponira veliki broj koherentnih svjetlosnih zraka. Raspodjela intenziteta u uzorku interferencije značajno se razlikuje; maksimumi interferencije su mnogo uži i svjetliji nego kada su dva koherentna svjetlosna snopa superponirana. Dakle, rezultirajuća amplituda svjetlosnih oscilacija iste amplitude na maksimumima intenziteta, gdje se dodavanje događa u istoj fazi, u N puta više, a intenzitet u N 2 puta više nego iz jedne zrake (N je broj interferirajućih zraka). Imajte na umu da je za pronalaženje rezultirajuće amplitude prikladno koristiti grafička metoda, koristeći metodu vektora rotirajuće amplitude (vidi § 140). Višeputna interferencija se provodi u difrakcijskoj rešetki (vidi § 180).

Višeputne smetnje mogu se napraviti u višeslojni sustav isprepleteni filmovi sa različiti pokazatelji loma (ali s istom optičkom debljinom, jednakom  0 /4), nanesena na reflektirajuću površinu (sl. 254). Može se pokazati da na sučelju filma (između dva sloja ZnS s visokim indeksom loma n 1 postoji kriolitni film s manjim indeksom loma n 2) nastaje veliki broj reflektiranih interferentnih zraka koje će se s optičkom debljinom filmova  0 /4 međusobno pojačavati, tj. povećava se koeficijent refleksije. karakteristično obilježje takav visoko reflektirajući sustav je da djeluje u vrlo uskom spektralnom području, i što više omjera refleksije, to je ovo područje uže. Na primjer, sustav od sedam filmova za područje od 0,5 μm daje refleksiju od   96% (s propusnošću od  3,5% i koeficijentom apsorpcije od<0,5%). Подобные отражатели применяются в лазерной технике, а также используются для создания интерференционных светофильтров (узкополосных оптических фильтров).

Fenomen interferencije se također koristi u vrlo preciznim mjernim instrumentima koji se nazivaju interferometri. Svi interferometri temelje se na istom principu i razlikuju se samo po dizajnu. Na sl. 255 prikazuje pojednostavljeni dijagram Michelsonovog interferometra.

Monokromatsko svjetlo iz izvora S pada pod kutom od 45° na ravnoparalelnu ploču R 1 . Strana ploče udaljena od S , posrebren i proziran, dijeli snop na dva dijela: snop 1 (odbijen od srebrnog sloja) i snop 2 (prolazi kroz veto). Zraka 1 reflektira se od zrcala M 1 i, vraćajući se natrag, ponovno prolazi kroz ploču P 1 (greda l "). Zraka 2 ide do zrcala M 2, odbija se od njega, vraća se natrag i reflektira se od ploče R 1 (snopa 2). Budući da prva zraka prolazi kroz ploču P1 dva puta, a zatim da se kompenzira rezultujuća razlika puta, ploča P 2 se postavlja na putanju druge zrake (potpuno isto kao i P 1 , samo ne prekriven slojem srebra).

Grede 1 i 2" su koherentni; stoga će se uočiti interferencija, čiji rezultat ovisi o razlici optičkog puta snopa 1 od točke O da zrcali M 1 i snop 2 iz točke O na ogledalo M 2 . Kada se jedno od zrcala pomakne na udaljenost od  0/4, razlika između putanja oba snopa će se povećati za  0/2 i osvjetljenje vidnog polja će se promijeniti. Stoga se blagim pomakom interferencijskog obrasca može suditi o malom pomaku jednog od zrcala i koristiti Michelsonov interferometar za precizno (oko 10 -7 m) mjerenje duljina (mjerenje duljine tijela, valne duljine svjetlosti). , promjene duljine tijela s promjenama temperature (interferentni dilatometar)) .

Ruski fizičar V.P. Linnik (1889-1984) koristio je princip Michelsonovog interferometra da stvori mikrointerferometar (kombinaciju interferometra i mikroskopa) koji se koristi za kontrolu završne obrade površine.

Interferometri su vrlo osjetljivi optički uređaji koji omogućuju određivanje manjih promjena indeksa loma prozirnih tijela (plinova, tekućina i krutih tvari) ovisno o tlaku, temperaturi, nečistoćama itd. Takvi interferometri nazivaju se interferencijskim refraktometrima. Na putu interferirajućih zraka nalaze se dvije identične kivete dužine l, od kojih je jedan ispunjen, na primjer, plinom s poznatim (n 0), a drugi s nepoznatim (n z) indeksom loma. Dodatna razlika optičkog puta koja je nastala između interferirajućih zraka  \u003d (n z - n 0) l. Promjena razlike putanje dovest će do pomaka interferencijskih rubova. Ovaj pomak se može okarakterizirati vrijednošću

gdje m 0 pokazuje za koji dio širine interferentne rubove se interferencijski uzorak pomaknuo. Mjerenje vrijednosti m 0 s poznatim l, m 0 i , možete izračunati n z , ili promijeniti n z - n 0 . Na primjer, kada je interferentni uzorak pomaknut za 1/5 ruba na l\u003d 10 cm i  \u003d 0,5 mikrona (n z - n 0) \u003d 10 -6, t.j. interferencijski refraktometri omogućuju mjerenje promjene indeksa loma s vrlo velikom točnošću (do 1/1 000 000).

Upotreba interferometara je vrlo raznolika. Osim navedenog, koriste se za proučavanje kvalitete izrade optičkih dijelova, mjerenje kutova, proučavanje brzih procesa koji se odvijaju u zraku koji struji oko zrakoplova itd. Pomoću interferometra Michelson je prvi put usporedio međunarodni standard metar s duljinom standardnog svjetlosnog vala. Uz pomoć interferometara proučavano je i širenje svjetlosti u pokretnim tijelima, što je dovelo do temeljnih promjena u idejama o prostoru i vremenu.

U modernoj fizici, svjetlost se opisuje ili kao elektromagnetski valovi ili kao fotoni.

2.5.1. Elektromagnetski valovi

Elektromagnetski valovi uključuju kombinaciju električnih i magnetskih polja. Zamislite električni naboj. Oko sebe stvara električno polje. Ako se naboj pomiče, stvara se magnetsko polje. Teorijski je pokazano i eksperimentalno potvrđeno da se ta električna i magnetska polja kombiniraju i uzrokuju poremećaj koji se širi prostorom i naziva se elektromagnetski val. Taj se val samo širi jer promjenjivo električno polje uzrokuje promjenu magnetskog polja, što onda uzrokuje novu promjenu električnog polja i sl. Dakle, između električnog i magnetskog polja postoji stalna izmjena energije.

Kada se elektromagnetski val sudari s materijom, njegova električna i magnetska polja uzrokuju osciliranje nabijenih čestica te tvari na isti način kao u izvornom valu. To omogućuje prijenos energije kroz materijal bez pomicanja same materije. Svi elektromagnetski valovi imaju sljedeća svojstva.

Nastaju pomicanjem naboja.

Oni su poprečni valovi u kojima su električno i magnetsko polje međusobno okomiti i okomiti na smjer širenja valova.

Ne zahtijevaju nikakav materijal za širenje, ali se mogu širiti kroz materijal bez pomicanja tvari.

Svi se kreću u slobodnom prostoru istom relativnom brzinom, koja se naziva brzinom svjetlosti.

Kvantitativno, ponašanje elektromagnetskih valova opisano je Maxwellovim jednadžbama, ali njihovo razmatranje je izvan dosega ove knjige, gdje se koncentriramo na praktične primjene, a ne na apstraktnu teoriju.

2.5.2. fotoni

Fotoni se smatraju diskretnim česticama elektromagnetske energije. Planck je predložio da se energija emitira u naletima zvanim "kvanta" u kojima je količina energije proporcionalna frekvenciji. To se izražava formulom

gdje h- Planckova konstanta (6,63 x 10 -34 Joule / sec.).

Kvant svjetlosti naziva se foton. Foton ima neka svojstva čestice jer je diskretan i konačan. Svjetlost je, međutim, također val, što se može vidjeti u učincima difrakcije i interferencije. Tako ispada da je svjetlost i čestica i val. Ovo je kontradikcija, budući da je čestica konačna i diskretna, dok je val beskonačan i kontinuiran. Fizičari vide obje teorije kao komplementarne, ali ih ne primjenjuju istovremeno. Taj je efekt poznat kao dualnost svjetlosti čestica-val, a oba su fizička modela jednako valjana i korisna u opisivanju različitih optičkih učinaka. Zanimljivo je da u oba modela ima dijelova koji se međusobno ne slažu.

Svjetlost u obliku fotona ili valova putuje u slobodnom prostoru brzinom od oko 300 000 km/s (3 x 10 8 m/s). Mnogi efekti se mogu bolje vidjeti ako se svjetlost zamisli kao zrake koje putuju u ravnim linijama između ili kroz optičke komponente. Zrake se mijenjaju (reflektiraju, lome, raspršuju itd.) na optičkim površinama uređaja. Ovo optičko ponašanje

Prema teoriji valova, svjetlost je elektromagnetski val.

Vidljivo zračenje(vidljiva svjetlost) - elektromagnetsko zračenje koje izravno percipira ljudsko oko, karakterizirano valnim duljinama u rasponu od 400 - 750 nm, što odgovara frekvencijskom rasponu od 0,75 10 15 - 0,4 10 15 Hz. Svjetlosno zračenje različitih frekvencija osoba percipira kao različite boje.

Infracrveno zračenje- elektromagnetsko zračenje koje zauzima područje spektra između crvenog kraja vidljive svjetlosti (s valne duljine od oko 0,76 mikrona) i kratkovalne radio emisije (s valne duljine 1-2 mm). Infracrveno zračenje stvara osjećaj topline, zbog čega se često naziva toplinskim zračenjem.

Ultraljubičasto zračenje- oku nevidljivo elektromagnetsko zračenje, koje zauzima područje spektra između vidljivog i rendgenskog zračenja unutar valnih duljina od 400 do 10 nm.

Elektromagnetski valovi- elektromagnetske oscilacije (elektromagnetsko polje) koje se šire u prostoru konačnom brzinom ovisno o svojstvima medija (u vakuumu - 3∙10 8 m/s). Značajke elektromagnetskih valova, zakoni njihovog pobuđivanja i širenja opisani su Maxwellovim jednadžbama. Na prirodu širenja elektromagnetskih valova utječe medij u kojem se oni šire. Elektromagnetski valovi mogu doživjeti lom, disperziju, difrakciju, interferenciju, totalnu unutarnju refleksiju i druge pojave svojstvene valovima bilo koje prirode. U homogenom i izotropnom mediju daleko od naboja i struja koje stvaraju elektromagnetsko polje, valne jednadžbe za elektromagnetske (uključujući svjetlosne) valove imaju oblik:

gdje su i električna i magnetska permeabilnost medija, respektivno, i električna i magnetska konstanta, respektivno, i jakosti električnog i magnetskog polja, je Laplaceov operator. U izotropnom mediju, fazna brzina širenja elektromagnetskih valova jednaka je Širenje ravnih monokromatskih elektromagnetskih (svjetlosnih) valova opisuje se jednadžbama:

kr ; kr (6.35.2)

gdje i su amplitude oscilacija električnog i magnetskog polja, respektivno, k je valni vektor, r je radijus vektor točke, - kružna frekvencija oscilacija, je početna faza titranja u točki s koordinatom r= 0. Vektori E i H osciliraju u istoj fazi. Elektromagnetski (svjetlosni) val je poprečan. Vektori E , H , k ortogonalne su jedna na drugu i tvore desni triplet vektora. Trenutne vrijednosti i u bilo kojem trenutku povezani su relacijom S obzirom da električno polje ima fiziološki učinak na oko, jednadžba ravnog svjetlosnog vala koji se širi u smjeru osi može se napisati na sljedeći način:

Brzina svjetlosti u vakuumu je

. (6.35.4)

Omjer brzine svjetlosti u vakuumu i brzine svjetlosti u mediju naziva se apsolutni indeks loma medija:

(6.35.5)

Pri prelasku iz jednog medija u drugi mijenja se brzina širenja vala i valna duljina, a frekvencija ostaje nepromijenjena. Relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi je omjer

gdje su i apsolutni indeksi loma prvog i drugog medija, te brzina svjetlosti u prvom i drugom mediju.