Optika. Nurlanishning kvant tabiati

OPTIKA. NURLANISHNING KVANT TABIATI

Optikaning asosiy qonunlari

Yorug’lik nurining tabiati o’rnatilishidan oldin optikaning quyidagi asosiy qonunlari ma’lum edi:

Yorug’lik nurining optik bir jinsli muhitda to’g’ri chiziqli tarqalish qonuni; yorug’lik nuri dastalarining bir-biriga bog’liq bo’lmaslik qonuni; yorug’likning qaytish va sinish qonunlari.
Yorug’likning to’g’ri chiziqli tarqalish qonuni. Optikaviy bir jinsli muhitda yorug’lik nuri to’g’ri chiziqli tarqaladi, chunki nuqtaviy yorug’lik manbai bilan shaffof bo’lmagan buyumlar yoritilganda, buyumlar shaklida aniq soya hosil bo’ladi. Yorug’lik nurlari to’lqin uzunligiga yaqin bo’lgan o’lchamli buyumlar yoritilganda, bu qonundan chetlashish kuzatiladi.
Yorug’lik nurlari dastalarining bir-biriga bog’liq bo’lmaslik qonuni. Alohida yorug’lik nuri dastasida kuzatiladigan hodisalar boshqa dastalar bir vaqtda mavjud bo’lish yoki bo’lmasligiga bog’liq bo’lmaydi. Yorug’lik oqimini alohida yorug’lik dastalariga ajratib, tanlangan yorug’lik dastasi ta’siri boshqa dastalarga bog’liq emasligini oson isbotlash mumkin.





144-rasm. Ikki muhit chegarasida yorug’likning sinishi va qaytishi


Agarda, yorug’lik nuri ikki muhit chegarasiga tushsa (144 - rasm), I tushuvchi nur II qaytgan va III singan nurlarga ajraladi, ularning tarqalish yo’nalishlari qaytish va sinish qonunlari bilan belgilanadi.
Qaytish qonuni. Qaytgan nur tushuvchi nur va tushish chegarasiga o’tkazilgan perpendikulyar bilan bir tekislikda yotadi, qaytish burchagi tushish burchagiga teng bo’ladi:


, (78.1)


Sinish qonuni. Tushuvchi nur singan nur va tushish nuqtasida ikki muhit chegarasiga o’tkazilgan perpendikulyar bilan bir tekislikda yotadi, tushish burchagining sinusini sinish burchagi sinusiga nisbati berilgan muhitlar uchun o’zgarmas kattalik hisoblanadi:


, (78.2)

bu yerda n₂₁ – ikkinchi muhitning birinchi muhitga nisbatan nisbiy sindirish ko’rsatkichidir. Ikki muhitning nisbiy sindirish ko’rsatkichlari ularning absolyut sindirish ko’rsatkichlarining nisbatiga tengdir:

, (78.3)
Muhitning absolyut sindirish ko’rsatkichi elektromagnit to’lqinning vakuumdagi tezligining muhitdagi fazaviy tezligiga nisbatiga tengdir:
, (78.4)

bu yerda ga teng, e va m – muhitning dielektrik va magnit singdiruvchanligidir. Sinish qonunini quyidagicha qayta ifodalash mumkin:

, (78.5)
Agarda, yorug’lik katta sindirish ko’rsatkichli n₁ muhitdan o’tib kichik sindirish ko’rsatkichli n₂ muhitda, misol uchun, shishadan suvga o’tib tarqalsa, u holda




145 - rasm. Har xil sindirish ko’rsatkichli muhitlar chegarasida sinish hodisasi

bo’lib, singan nur normaldan uzoqlashadi va i₂ sinish burchagi i₁ tushish burchagidan katta bo’ladi (135 – rasm).

Tushish burchagi oshishi bilan sinish burchagi asta-sekin osha boradi va qandaydir chegaraviy tushish burchagi qiymatida (i₁ - i_cheg. chegaraviy burchakda) sinish burchagi ga tenglashadi. i₁ = i_cheg. holatda tushayotgan nur to’liq qaytadi (135 - rasm).



146 – rasm.Ikki muhit chegarasida nurning to’la qaytishi
Demak, tushish burchagining i_cheg. qiymatlarida to’la qaytish hodisasi kuzatiladi. Chegaraviy tushish burchagi shartdan topiladi.
, (78.6)

To’la qaytish xodisasi, yorug’lik optikaviy zich muhitdan zich bo’lmagan muhitga o’tganda, kuzatiladi.

Geometriyaviy optika elementlari

Yorug’likning tarqalish qonunlarini yorug’lik nurlari tushunchalari orqali o’rganiladigan optika bo’limi geometriyaviy optika deb ataladi.

Yorug’lik nurlari deb, to’lqin sirtlariga normal bo’lgan chiziqlar bo’yicha tarqaladigan yorug’lik energiyalari oqimiga aytiladi.
Linzalar deyilganda, ikkita sirt bilan chegaralangan tiniq jismlar tushuniladi. Ikkita sirtdan biri, odatda, sferik yoki tsilindrik, ikkinchisi–sferik yoki yassi bo’lishi mumkin. Bu sirtlar yorug’lik nurini sindirib, buyumlarning optik tasvirini shakllantirishi mumkin. Odatda linzalar shisha, kvarts, kristall va plastmassa moddalaridan tayyorlanadi.
Tashqi ko’rinishiga qarab linzalar: ikki tarafi qavariqli, yassi qavariqli, ikki tarafi botiqli, yassi botiqli, bir tarafi qavariq -ikkinchisi botiqli, bir tarafi botiq ikkinchisi qavariqli bo’lishi mumkin (147 - rasm).

147 – rasm Linzalarning turlari

Optik xususiyatlariga qarab linzalar yig’uvchi va sochuvchi linzalarga bo’linadilar.
Sirt radiuslariga nisbatan qalinligi kichik bo’lgan linzalar yupqa linzalar deb ataladi. Linzalarning sirtlari egriligi markazidan o’tuvchi to’g’ri chiziq linzaning bosh optik o’qi deb ataladi. Bosh optik o’qda yotuvchi va undan yorug’lik nuri o’tganda sinmaydigan nuqta linzaning optik markazi deb ataladi.
Linza sirtlari egrilik radiuslarini (R₁ va R₂), linzadan buyumgacha (a) va uning tasvirigacha (b) bo’lgan masofalar bilan bog’liqlikligini ko’rsatuvchi nisbat – yupqa linzaning ifodasi deb ataladi. Bu ifodani keltirib chiqarish uchun eng qisqa vaqt talab qilinadigan usuldan foydalaniladi, ya’ni yorug’lik nuri traektoriyasini bosib o’tish uchun eng minimal vaqt talab qilinadigan traektoriya olinadi.
Yorug’lik nurining linza orqali o’tgan ikkita traektoriyasini ko’rib chiqamiz (148 - rasm). Bosh optik o’qdan o’tuvchi, A va V nuqtalarni tutashtiruvchi A0V va linzaning yuqori qirrasidan o’tuvchi ASV nurlarni ko’rib chiqamiz. 0V traektoriyani nur t₁ vaqtda bosib o’tadi:




148 – rasm. Yorug’lik nurining linza orqali o’tishi

bu yerda – nisbiy sindirish ko’rsatkichidir. Nur A0V traektoriyani bosib o’tish uchun t₂ vaqt sarflaydi