Учебные эксперименты по волновой оптике. СВЧ демонстрации

Н.Я. МОЛОТКОВ
УЧЕБНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ  
ПО ВОЛНОВОЙ ОПТИКЕ.
СВЧ ДЕМОНСТРАЦИИ

Н.Я. Молотков
Учебные эксперименты по волновой оптике. СВЧ демонстра
ции: Учебное пособие / Н.Я. Молотков – Долгопрудный: Изда
тельский Дом «Интеллект», 2011. – 352 с.
ISBN 9785915590853

Пособие содержит описание лекционных демонстраций по основным и
принципиально важным оптическим явлениям в диапазоне СВЧ (    =3,2см).
Демонстрационные опыты включают учебные исследования свойств элек
тромагнитных волн и охватывают все основные разделы волновой оптики:
интерференцию, дифракцию, поляризацию и дисперсию. Большое внима
ние уделяется моделированию кристаллооптических явлений и иллюстра
ции основных методов и принципов рентгеноструктурного анализа.
Описание каждой демонстрации помимо рассмотрения физического яв
ления включает рекомендации по методике и технике лекционного экспе
римента. Даются указания по изготовлению необходимого учебного обору
дования.
Для преподавателей физики университетов, институтов и техникумов, ра
ботников физических кабинетов, студентов физических специальностей,
учителей средних школ.

ISBN 9785915590853
© 2011, Н.Я. Молотков
© 2011, ООО Издательский Дом
«Интеллект», оригиналмакет,
оформление

λ


                ОГЛАВЛЕНИЕ










    ОГЛАВЛЕНИЕ.............................................. 3
    ПРЕДИСЛОВИЕ ............................................ 7
    ВВЕДЕНИЕ.............................................10

    Глава 1
    ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ....................14
       1.1. Распространение электромагнитных волн в волноводах.14
       1.2. Объемные резонаторы.............................22
       1.3. Генерация СВЧ-колебаний.........................25
       1.4. Искусственные среды для радиоволн...............33
       1.5. Демонстрационный осциллограф и индикатор круговой развертки........................................42

    Глава 2
    ОБРАЗОВАНИЕ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН..........................47
       2.1. Опыты Г. Герца..................................47
       2.2. Исследование свойств поля электрического диполя.52
       2.3. Распространение электромагнитных волн в двухпроводной линии............................................54
       2.4. Исследование распространения волн в прямоугольном волноводе .......................................57
       2.5. Поляризация радиоволн. Закон Малюса.............61

    Глава 3
    ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЯВЛЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ
    И ГРАДИЕНТНОЙ ОПТИКИ В ДИАПАЗОНЕ СВЧ....................67
       3.1. Преломление электромагнитных волн..................67
       3.2. Прохождение электромагнитных волн через плоскопараллельную пластинку................69

—1 Оглавление

       3.3. Преломление электромагнитных волн на призмах....70
       3.4. Призма полного внутреннего отражения и исследование оптического аналога туннельного эффекта..............72
       3.5. Линзы для электромагнитных волн.................77
       3.6. Градиентная оптика..............................80
       3.7. Фокусирующие и рассеивающие системы с переменным показателем преломления..............................86

    Глава 4
    ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЯВЛЕНИЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ВОЛН......................................95
       4.1. Исследование стоячих электромагнитных волн и определение показателя преломления диэлектриков....95
       4.2. Интерференция электромагнитных волн в тонких пленках..............................................100
       4.3. Наблюдение интерференции на бипризме Френеля и в опыте Юнга......................................102
       4.4. Интерферометр Майкельсона......................108
       4.5. Интерферометр Фабри-Перо.......................111
       4.6. Наблюдение эффекта Доплера и явление интерференции.......................................116
       4.7. Обобщенный эффект Доплера-Михельсона ..........118

    Глава 5
    ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЯВЛЕНИЙ ДИФРАКЦИИ ВОЛН...................................................126
       5.1. Границы применимости законов геометрической оптики...............................................126
       5.2. Дифракция Френеля на круглом отверстии переменного диаметра.............................................128
       5.3. Зонные пластинки, работающие на отражение, и фокусировка волн..................................130
       5.4. Зонные пластинки, работающие на прохождение, и фокусировка волн..................................137
       5.5. Свойства центральной зоны Френеля..............140
       5.6. Строгий подход к фокусировке волн..............148
       5.7. Дифракция Фраунгофера на щели и управление дифракционной картиной...............................163
       5.8. Исследование дифракции на фазовой дифракционной решетке..............................................167

Оглавление —I 5

Глава 6
ИЛЛЮСТРАЦИЯ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ И ПРИНЦИПОВ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА..........................172
   6.1. Установка для иллюстрации закона Вульфа—Брэггов..172
   6.2. Иллюстрация рентгеновской съемки вращающегося кристалла..........................................178
   6.3. Модель рентгеновского дифрактометра...........183
   6.4. Иллюстрация закона погасания для рентгеновских лучей..............................................186
   6.5. Влияние дислокаций на полуширину линий рентгенограмм.......................................190
   6.6. Моделирование опытов Дэвиссона и Джермера по дифракции электронов.............................191

Глава 7
ИЛЛЮСТРАЦИЯ КРИСТАЛЛООПТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
В ДИАПАЗОНЕ СВЧ.......................................195
   7.1. Исследование линейного дихроизма в диапазоне СВЧ.195
   7.2. Исследование и моделирование явления Брюстера....199
   7.3. Изменение поляризации волны: при отражении.......203
   7.4. Двоякопреломляющие призмы: для радиоволн.........204
   7.5. Демонстрация различных случаев двойного лучепреломления и построения Гюйгенса..............210
   7.6. Поляризационные двоякопреломляющие призмы: для электромагнитных волн...........................220
   7.7. Моделирование опытов Гюйгенса с двумя двоякопреломляющими кристаллами.....................224
   7.8. Сложение двух когерентных волн с взаимно перпендикулярными линиями поляризации. Анализ поляризованного излучения и исследование интерференции поляризованных волн в кристаллах......230
   7.9. Свойства комбинации фазовых двоякопреломляющих пластинок и понятие о компенсаторах................254
  7.10. Структура волн с круговой поляризацией и исследование их отражения от зеркала...............267
  7.11. Иллюстрация образования интерференционных коноскопических фигур................................272
  7.12. Исследование взаимодействия двух когерентных волн с произвольной ориентацией их линий поляризации.
       Опыт Френеля и Араго...........................276

-П, Оглавление

   7.13. Исследование взаимодействия двух когерентных волн с эллиптическими, круговыми или линейными поляризациями........................................288
   7.14. Экспериментальное исследование анизотропных свойств модели одноосного кристалла..........................306
   7.15. Исследование анизотропии отражения электромагнитных волн от модели одноосного кристалла..................313
   7.16. Моделирование искусственной оптической анизотропии..........................................324
   7.17. Оптически активные вещества и магнитооптический эффект Фарадея......................................329
   7.18. Опыт Фабри и Саньяка...........................336

Глава 8 ДИСПЕРСИЯ, ПОГЛОЩЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ ВОЛН..................340
    8.1. Исследование дисперсии в диапазоне СВЧ.........340
    8.2. Поглощение электромагнитных волн...............342
    8.3. Рассеяние волн.................................344

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................347