Экспериментальное исследование оптических явлений, обусловленных областью границы раздела сред тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РГб ОД ИНСТИТУТ ОПТИКИ АТМОСФЕРЫ

О у ФЕВ «98

На правах рукописи

ТЕРЕНТЬЕВ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ОБЛАСТЬЮ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТОМСК - 1997

Работа выполнена в Институте оптики атмосферы СО РАН

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Боровой А.Г., кандидат физико-математических наук Сатириади Г.Н.

Ведущая организация: Омский государственный университет

Защита диссертации состоится " а>"ф-е^апЯ1998 г. в \Ч час ЪО мин, на заседании диссертационного совета Д200.38.01 в Институте оптики атмосферы СО РАН (634055, г.Томск, пр. Академический, 1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОА СО РАН.

Автореферат разослан "¿Я" % Н Ъ ар31998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ^^

д.ф.-м.н. Эу^.'^Г^ В.В.Веретенников

Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию причин возникновения краевой волны, ее роли в дифракционных явлениях, выяснению причин преломления скользящего света и света, уходящего от преломляющей поверхности,

Актуальность темы обусловлена следующими обстоятельствами. Несмотря на начало исследований дифракции света еще в XVII веке представления о ее природе в связи со сложностью проблемы остаются во многом незавершенными, имеющиеся решения задач дифракции получены на основе идеальных условий и поэтому не всегда соответствуют эксперименту. Исследования же преломления скользящего света находятся в начальном состоянии, а преломление световых лучей, уходящих от преломляющей поверхности, представляет собой новый эффект. Выяснение причин и особенностей данных явлений, существующих за порогом классических представлений о преломлении света, должно привести к более глубокому пониманию процессов взаимодействия света с веществом.

Состояние вопроса. К настоящему времени в теории дифракции света ;уществуют два направления в объяснении ее сущности. Согласно первому яаправлению, развитому в основном в работах Френеля, Кирхгофа, дифракция зызвана действием всей открытой части волнового фронта. Используемые в яем интегралы Френеля, приблизительно верно характеризуя положение и штенсивность полос в дифракционной картине от экрана в идеальных условиях, оказываются непригодными в ряде практических случаев, например, 1ри меняющейся интенсивности падающего света по ширине волнового фронта, толстых экранах, дают неточное представление об интенсивности голос малых порядков в дифракционной картине от щели.

На основании другого подхода, впервые предложенного Юнгом, щфракция является результатом интерференции краевого и падающего света. !дея Юнга была развита в работах Зоммерфельда, Рабиновича, Фока, ^алюженца и других исследователей. Существование краевой волны было ввестно еще Юнгу и доказано экспериментально в работах Георга Ги, Вина,

Мея, Калашникова, Banerji. Однако не существует единого мнения о месте и причине ее образования. Согласно Юнгу, Малюженцу краевая волна образуется вследствие диффузии амплитуды по фронту падающей волны, Исходя же из решения Зоммерфельда и работ других исследователей ее источником является край экрана.

Развитие дифракционных представлений по двум направлениям с различными основами является явным признаком их незавершенности. В существующих теориях отсутствует ясность относительно характера влиянш на дифракцию толщины, формы, поглощающей способности экранов.

В 1960 г., в процессе выяснения причины появления "побочной" волнь: при полном внутреннем отражении, Aclogue н Guillemet по существу открыл* преломление скользящего света. Несколько позже, независимо от работ данных авторов, преломление скользящих лучей было обнаружено автором диссертации. Исследование его причин и особенностей привело к открытик преломления под предельным углом света, уходящего от преломляющее поверхности.

Целью диссертационной работы является выяснение действительно! причины дифракции света посредством детального исследования причш возникновения краевой волны, оценки ее роли в дифракционных явлениях установления сущности и характера влияния на краевую волну i дифракционные картины толщины, формы, поглощающей способносп экранов, а также исследование причин преломления скользящего света и света уходящего от преломляющей поверхности.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

1. Установлено существование над поверхностью тел и границей раздел оптически однородных сред зон, отклоняющих световые лучи по обе сторош первоначального направления.

2. Экспериментально доказано, что краевой свет от экрана состоит и основной компоненты, образованной лучами падающего света, отклоненным

в зоне отклонения, и компоненты отраженных от края экрана лучей.

3. Установлен действительный закон изменения интенсивности краевого света от экрана с прямолинейным краем в зависимости от угла отклонения краевых лучей.

4. Обнаружено явление перераспределения световой энергии из компоненты краевого света, распространяющейся на освещенной стороне, в краевую компоненту, распространяющуюся в область тени, при нанесении на экран поглощающих покрытий.

5. Установлены приближенные значения и направления начального сдвига фаз основной и отраженной краевых компонент относительно фазы падающего света.

6. Экспериментально доказано, что свет в области тени экрана является краевым, а разность амплитуд света в полосах дифракционной картины от экрана и падающего света равна соответствующим значениям амплитуды краевого света.

7. На основе интерференции краевых и падающих лучей получены простые выражения, характеризующие в хорошем соответствии с опытом интенсивность света в дифракционных картинах от тонкого слабопоглоща-ющего экрана и щели, ее изменение на оси пучка, ограниченного щелью переменной ширины.

8. Обнаружено влияние на краевой свет и дифракционные картины толщины, формы, поглощающей способности экранов,

9. Выяснены причины и характерные особенности преломления скользящего света.

10. Обнаружено явление преломления под предельным углом преломления световых лучей, уходящих от преломляющей поверхности под углами приблизительно до 14°.

Научное и практическое значение результатов работы заключается в получении подробных сведений о причинах образования краевого света, его характерных особенностях, способах изменения интенсивности и фазы; в

экспериментальном обосновании представлений Юнга о природе дифракционных явлений, выводе на их основе простых выражений, характеризующих дифракцию света на экране, щели, а также в установлении причин и особенностей преломления скользящего и уходящего от преломляющей поверхности света.

Достоверность результатов работы обеспечивается большим объемом и разнообразием экспериментальных исследований; многократностью повторения измерений; качественным соответствием расчета эксперименту.

Апробация результатов. Основные результаты, полученные в диссертации, представлены в опубликованных работах [1-23]. Докладывались на III, IV, VIII Всесоюзных симпозиумах по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск. 1975, 1977, 1986), на III Всесоюзном совещании по атмосферной оптике и актинометрии (Томск. 1983), а также на научных семинарах Института оптики атмосферы РАН (Томск).

Использование результатов работы. Приведенные в диссертации результаты могут быть использованы для создания слабодифрагирующих экранов, малогабаритных спектральных приборов, систем чувствительных к изменению положения источника света; определения показателей преломления и дисперсии сильнопоглощающих сред; обнаружения переходных слоев, оценки их толщины, изменения во времени; при исследовании сдвига фаз отражающими покрытиями из различных материалов; для ослабления роли дифракции в формировании изображений предметов.

Основные защищаемые положения:

1. Над поверхностью непрозрачных тел в воздухе, а также по обе стороны границы раздела оптически однородных сред, существуют зоны отклонения световых лучей с наибольшей установленной глубиной около 70 мкм для видимого света.

Эффективность отклонения света в зоне падает в направлении от экрана, когда экран тонкий, и вдоль нее от ребер при толстом экране.

Зоны отклонения в оптически менее и более плотных средах отклоняют одни и те же лучи в противоположных направлениях относительно границы раздела сред.

2. Краевой свет от экрана состоит из отклоненных в зоне отклонения на жран и от него лучей, образующих основную компоненту, и лучей, отражен-шх от его края, отчасти также после их предварительного отклонения в зоне.

Амплитуда краевого света от тонкого экрана с прямолинейным краем )братно пропорциональна тангенсу угла дифракции при углах > 0,04 - 0,07

Световой поток в области тени экрана является краевым потоком.

При нанесении на гонкий экран поглощающих покрытий и увеличении ривизны его края световая энергия перераспределяется из компоненты краевого света, распространяющейся от экрана, в краевую компоненту, распростра-шющуюся в область тени, уменьшается сдвиг фаз компонент относительно шы падающего света, сумма потоков обеих компонент остается неизменной.

3. Фазы краевых лучей, отклоняемых от экрана и в область тени спытывают сдвиг на 0,5 тс, соответственно по направлению их распространена и против него, относительно фазы падающего света.

Возникающий между фазами основной и отраженной компонент краевого вета сдвиг сопровождается их усилением на освещенной стороне и слаблением в области тени.

4. Распространяющиеся в воздухе и оптически менее плотных инородных средах, в слое толщиной 7-9 мкм, скользящие лучи света и лучи, гадящие от преломляющей поверхности под углами до 14°, частично реломляются в более плотную среду, распространяясь в ней под предельным глом преломления и иными углами в виде преломленного краевого света.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти гав, заключения, списка литературы. Она изложена на 143 листах, включая 5 рисунка, 36 таблиц и библиографию, состоящую из 68 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные положения, выносимые на защиту, раскрывается научная новизна, научная и практическая ценность работы, кратко изложено содержание диссертации.

Первая глава посвящена экспериментальному исследованию причин возникновения краевого света, его основных особенностей и влияния на него различных факторов.

В п. 1.1 приведен краткий обзор развития представлений о краевом свете. Отмечено отсутствие в них четкой определенности относительно места и причин его возникновения.

В п. 1.2 установлено существование в воздухе над поверхностью экранов зоны, в которой лучи падающего света отклоняются по обе стороны от первоначального направления, становясь краевыми лучами. Показано, что эффективность отклонения лучей в зоне тонкого экрана растет в направлении от ее внешней границы к экрану. Приводятся данные, подтверждающие частичную поляризацию краевого света. Доказано, что освещенность в области тени экрана создается краевым светом. Установлена линейная зависимость амплитуды краевого света в случае тонкого экрана с прямолинейным краем от тангенса угла дифракции при углах больших 0,04 + 0,07°.

В п. 1.3 описаны эксперименты, подтверждающие существование сдвига фаз на я у компонент краевой волны, распространяющихся в область тени и вне ее.

В п. 1.4 обнаружено явление перераспределения световой энергии из краевого потока на освещенной стороне в теневой поток краевых лучей при нанесении на тонкий экран слоя сажи, показывающее, что:

1, Краевой поток состоит из падающих лучей, отклоненных в зоне отклонения, и лучей, отраженных от края экрана после их падения на него отчасти также вследствие отклонения в зоне.

2. Поток отклоненных лучей составляет основную часть результирующего краевого потока.

3. Поток основной компоненты, распространяющейся в область тени, больше его значения на освещенной стороне.

4. Между основной и отраженной компонентами существует сдвиг по фазе, вызывающий взаимное усиление компонент на освещенной стороне и их ослабление в области тени.

В п. 1.5 обнаружено усиление в несколько раз краевого света, распространяющегося на освещенной стороне, при замене тонкого экрана толстым, имеющим плоскую грань параллельную проходящему свету. Показано, что в случае толстого экрана с плоской гранью эффективность отклонения лучей в зоне падает не только в направлении к ее внешней границе, но и вдоль грани от ребер. Установлено перераспределение краевого :вета с освещенной стороны в область тени при повороте экрана относительно тереднего ребра в сторону ухода плоской грани от оси падающего пучка на угол I. Показано, что в результате его при 12 9° толстый экран становится эквивалентным тонкому по отношению к краевому потоку вне тени. Приведены экспериментальные данные по перераспределению световой шергии из краевой компоненты на освещенной стороне в теневую область в ;лучае нанесения на толстый экран сажи. Установлено одинаковое влияние :ажи на освещенность в области тени при малых и больших значениях лирины волнового фронта в плоскости экрана, подтверждающее ее збусловленность краевым светом.

В п. 1.6 исследован характер изменения краевого света от дилиндрических экранов: стержня из алюминия диаметром 5,8 мм и цилиндра и нержавеющей стали диаметром 30 мм. Установлено изменение итенсивности краевого света в тени стержня и цилиндра на углах г < 0,4° по здинаковому закону, подобному закону ее изменения в области тени лезвия. Токазано, что краевой свет от цилиндрического экрана в области тени слабее, га освещенной стороне значительно сильнее краевого света от лезвия и за

пределами тени изменяется также подобно его изменению в случае тонкого экрана.

В п. 1.7 рассмотрены эксперименты, свидетельствующие о существовании зоны отклонения в оптически более плотной среде (БПС), в призме из оптического стекла К8. Установлено, что краевой свет, образованный в БПС, обладает резко выраженной асимметрией: интенсивность лучей, отклоняемых в сторону МПС, имеет на одинаковых углах дифракции в несколько раз меньшее значение в сравнении с интенсивностью лучей, отклоняемых в противоположном направлении. Приведены экспериментальные факты, позволяющие объяснить причину асимметрии возникновением в стекле и других материалах, в пределах зоны отклонения, переходного слоя.

В п. 1.8 описаны исследования преломления скользящего света из оптически менее плотной пластинки, сделанной из стекла ПС14, в находящуюся в оптическом контакте с ней пластинку из стекла К8, показывающие, что зоны отклонения в оптически более и менее плотных средах отклоняют одни и те же лучи в противоположном направлении относительно границы раздела. На основе отклонения падающих лучей в зоне по обе стороны первоначального направления, ослабления расходимости лучей, распространяющихся в двух последовательно расположенных зонах оптически более и менее плотных сред, экспериментов с последовательно установленными на малом расстоянии друг от друга тонкими экранами, а также представления о луче света как траектории, по которой распространяется световой квант и связанная с ним элементарная световая волна, сделано предположение о том, что распространяющиеся по лучевым траекториям световые кванты способны отклоняться в зонах отклонения и в отношении направленности отклонения находятся в двух кратковременных состояниях, переходя хаотически из одного состояния в другое непосредственно либо через промежуточное состояние, во время которого они не отклоняются в зоне.

В п. 1.9 показано несоответствие гипотезы о диффузии световой амплитуды по фронту волны эксперименту.

Во второй главе приводятся доказательства справедливости идеи Юнга относительно природы дифракции света.

В п. 2.1 дан краткий обзор развития дифракционных представлений. Отмечено деление существующих теорий на два направления с различными основами, не имеющими бесспорных доказательств их объективности.

В п. 2.2 показано, что свет в области тени экрана, в схеме наблюдения дифракции падающей волны на нем, является краевым светом. Установлено изменение разности амплитуд света в дифракционных полосах и соответствующих им амплитуд падающей волны в зависимости от их положения относительно границы тени по закону изменения амплитуды краевого света. Подтверждено равенство данной разности амплитуде света в области тени экрана на одинаковом расстоянии от ее границы. Исходя из перечисленных фактов и равенства интенсивностей краевых компонент, распространяющихся по обе стороны границы тени тонкого слабопогло-щающего экрана, сделан вывод о том, что дифракционная картина от экрана является следствием интерференции краевых лучей, распространяющихся на освещенной стороне, с прямопроходящим светом.

В п. 2.3 на основе представлений Юнга получены формулы, характеризующие положение полос в дифракционной картине от тонкого экрана в качественном соответствии с экспериментом. Показано, что фаза распространяющихся вне тени краевых лучей в момент их появления испытывает опережение приблизительно на = 0,7л относительно фазы падающего света. Осуществлена интерференция краевых лучей, распространяющихся в область тени экрана, с падающим светом, позволившая установить, вопреки представлениям Рабиновича, существование начального запаздывания фазы теневой компоненты краевого света относительно фазы падающего приблизительно на 0,7 л, как видно, равного начальному опережению фазы у краевых лучей, распространяющихся в направлении от экрана. Обнаружено уменьшение ко на 0,07 при замене притуплённого лезвия новым и на 0,05-0,1 при нанесении на экран (лезвие) сажи. Основываясь на характере влияния на

дифракционную картину кривизны края экрана и сажи, сделаны выводы о том, что:

]. Сдвиг фаз обеих частей основной компоненты краевого света близок к ±0,5я относительно фазы падающего света.

2. Фаза отраженной зоммерфельдовской компоненты краевого света, распространяющегося на освещенной стороне, несколько опережает фазу основной компоненты того же направления. Следовательно, зоммерфель-довская компонента при отражении от края экрана в освещенную сторону не просто теряет полволны, а испытывает опережение на л относительно падающего света.

3. Фаза зоммерфельдовской компоненты, распространяющейся в область тени, при отражении от края экрана испытывает запаздывание относительно основной компоненты на величину несколько меньшую %, вызывающее ослабление основной компоненты и увеличение запаздывания результирующей краевой волны в области тени.

В п. 2.4 на основании интерференции краевых лучей с падающим светом получены формулы, определяющие интенсивность света в краевой волне и дифракционной картине от экрана в качественном соответствии с экспериментом.

В п. 2.5 осуществлено разделение света в дифракционной картине от экрана на краевой и прямопроходящий. Подтверждена достаточность энергии краевой волны для образования дифракционной картины с наблюдаемым на практике изменением в ней интенсивности света.

В п. 2.6 приведены экспериментальные факты математической эквивалентности дифракционных представлений Френеля и Юнга при углах дифракции ä0,07° и постоянной интенсивности падающего света по ширине волнового фронта. Показана мнимость гюйгенсовских вторичных волн.

В п. 2.7 приведены сведения об уменьшении относительное интенсивности света в maxi в 1,023 раза и ее повышении в minj в 1,02 раза i дифракционной картине, образованной падающим и краевым светом

эаспространяющимся вне тени, а также об увеличении относительной интенсивности maxj в 1,03 раза и ее уменьшении в mini в 1,023 раза в случае збразования дифракционной картины падающими и теневыми лучами, зызванными влиянием сажи. Выяснена причина слабого изменения зассмотренной интенсивности при довольно значительном изменении штенсивности краевого света.

В третьей главе рассмотрены экспериментальные исследования цифракции света на толстых экранах различной формы.

В п. 3.1 показано, что при дифракции света на стальном цилиндре диаметром 30 мм по классической схеме уменьшается на 0,05, интенсивность maxj увеличивается в 1,032 и раза, а интенсивность тщ падает в 1,06 раза в сравнении с их значениями в картине от лезвия. Отмечена несостоятельность представления В.А. Фоком поля позади цилиндрического экрана на освещенной стороне в виде френелевой дифракции на подстилающем фоне в оптическом диапазоне. Установлено увеличение на 0,21, уменьшение интенсивности maxj в 1,08 раза, увеличение интенсивности minj в 1,023 раза при образовании дифракционной картины падающим светом и краевым светом, распространяющимся в область тени цилиндра, относительно их значений в случае дифракции света на лезвии. Отмечено, что увеличение контрастности полос в первом случае и ее падение во втором являются следствием усиления отраженной компоненты краевого света при замене лезвия цилиндром.

В п. 3.2 рассмотрена дифракция цилиндрической волны на толстом экране с плоской гранью параллельной оси падающего пучка, характеризующаяся усилением относительной интенсивности света в максимумах и его ослаблением в минимумах в 1,3 и более раз относительно ее значений в картине от лезвия, вызванными усилением интенсивности краевых лучей в 3-г4 раза. Установлено, что при повороте экрана относительно переднего ребра в сторону ухода плоской грани от светового пучка на угол 1,8°, а также в случае чернения экрана сажей, интенсивность максимумов падает, а минимумов

увеличивается до значений близких к ее значениям при тонком экране. Отмечено, что такое сильное изменение интенсивности полос в условиях постоянных значений параметров дифракционной схемы, ширины открытой части волнового фронта и интенсивности падающего света является ярким доказательством непричастности всей открытой части волнового фронта к изменению интенсивности света в полосах дифракционной картины и ее обусловленности интерференцией краевого и падающего света.

В п. 3.3 обнаружена зависимость усиления контрастности полос при дифракции на толстом экране плоской волны от их порядка, позволившая оценить полную глубину зоны отклонения световых лучей величиной порядка 70 мкм.

В четвертой главе дано объяснение дифракции света на щелях на основании интерференции краевых лучей с падающими, либо между собой.

В п. 4.1 установлен характер зависимости интенсивности света на оси пучка от ширины ограничивающей его щели на основании интерференции краевых лучей, образованных у ее краев, с падающими осевыми лучами. Показано соответствие полученных выражений эксперименту при углах отклонения краевых лучей >0,12°.

С целью дополнительного доказательства формальности объяснения рассматриваемого изменения интенсивности, а также причины прямолинейного распространения света, на основе принципа Гюйгенса-Френеля осуществлено усиление интенсивности в 1,15-1,22 раза в максимумах и ее ослабление в 1,5 раза в минимумах при неизменных параметрах дифракционной схемы, значениях ширины щели и интенсивности падающего света посредством замены тонких экранов щели толстыми с плоскими гранями.

В п. 4.2 выведены формулы для интенсивности света в области тени образующих щель экранов на основе интерференции краевых лучей от противоположных краев щели, согласующиеся с экспериментом при углах дифракции >0,085°.

В пятой главе приведены результаты экспериментального исследования малоизученного явления: преломления скользящего света под предельным углом из оптически менее плотных сред в более плотные. Исследован новый эффект: преломление под предельным углом света, уходящего от преломляющей поверхности.

В п. 5.1 дан краткий обзор предшествующих исследований преломления скользящего света.

В п. 5.2 рассмотрены эксперименты по преломлению скользящих лучей из воздуха в стеклянную призму, представляющему собой наиболее простой случай в виду практического отсутствия в воздухе около преломляющей поверхности градиента показателя преломления. Установлено, что преломленный свет состоит из пучка параллельных лучей, преломленных под предельным углом преломления на длине преломляющей грани порядка 1 мм и краевых лучей, распространяющихся от начального участка грани длиной много меньшей 1 мм под углами большими и меньшими предельного угла. Выяснена невозможность объяснения данного явления на основе принципа Гюйгенса. Отмечено, что оно является следствием существования над поверхностью тел зоны отклонения, отклоняющей часть лучей скользящего света на преломляющую поверхность. Экспериментально установлена пропорциональность интенсивности преломленных лучей интенсивности света в скользящем пучке у начала преломляющей поверхности, на участке его сечения шириной порядка 10 мкм. Доказано, что скользящие лучи преломляются в точки с максимальной интенсивностью преломленного света с расстояния около 5 мкм от призмы и на расстоянии приблизительно 0,2 мм от ее переднего ребра. Установлено образование преломленного краевого света скользящими лучами, преломляемыми почти непосредственно у грани призмы. Приведены факты приблизительно одинаковой эффективности преломления зеленых и красных лучей, а также равенства отношения максимальной интенсивности преломленного света с электрическим вектором в плоскости преломления к максимальной интенсивности преломленного света с

электрическим вектором в плоскости перпендикулярной плоскости преломления квадрату показателя преломления призмы. Установлено, что максимальная интенсивность света в преломленном пучке равна 0,1 - 0,19 ее значения в пучке скользящих лучей. Экспериментально доказано, что образуемая преломленными лучами дифракционная картина является следствием интерференции преломленных краевых лучей с лучами, распространяющимися под предельным углом преломления. На основе этого найдено выражение, определяющее с большой точностью положение дифракционных полос. Отмечено, что большая контрастность данной картины вызвана более высоким значением отношения интенсивности преломленных краевых лучей к интенсивности интерферирующих с ними лучей, преломленных под предельным углом, в сравнении со значением отношения интенсивностей краевого и падающего света, образующих дифракционную картину от тонкого экрана.

В п. 5.3 приведены экспериментальные данные об основном преломлении скользящих лучей на начальном участке грани длиной 0,6 - 0,7 мм, из слоя зоны отклонения глубиной порядка 7 мкм. Описано распространение света в зоне по арочным траекториям с неоднократным падением лучей на преломляющую поверхность и отражением от нее. Осуществлено усиление эффективности зоны отклонения на участке грани с пассивным преломлением скользящего света посредством нарезки штрихов с шагом 1 мм параллельно переднему ребру призмы. Показано, что преломление скользящего света на начальном (активном) участке грани обусловлено малым временем жизни состояний квантов, соответствующих отклонению скользящих лучей в сторону преломляющей поверхности, и гашением лучей, падающих на пассивный участок грани впервые, повторно падающими лучами. Объяснено увеличение длины участка основного преломления скользящих лучей в несколько раз в случае их преломления на границе раздела оптических стекол ПС14, К8 возникновением переходного слоя в пластинке ПС 14 и отклонением в нем на преломляющую поверхность лучей во время нахождения квантов в промежуточном состоянии и в состоянии, обуславливающем отклонение лучей

в зоне от границы радела сред.

В п. 5.4 рассмотрены эксперименты по преломлению скользящего света на границе оптического контакта пластинок из оптических стекол с различными жидкостями, приводящему к образованию пучка параллельных лучей, преломленных под предельным углом, и краевых лучей, распространяющихся в жидкости под углами меньшими предельного. Установлено, что скользящие лучи наиболее интенсивно переходят в преломленный пучок параллельных лучей с расстояния порядка 7 мкм от границы раздела сред. Обнаружено усиление преломленного потока в несколько раз в случае преломления скользящих лучей из окрашенных стекол ПС14, ПС15, имеющем место даже при коэффициенте ослабления (к) излучения большем 40. Показано, что при к = 105 преломленный поток от пластинки ФС6 всего в 1,6 раза меньше потока из прозрачной пластинки JIK5. Объяснена причина влияния окраски стекол на преломленный свет увеличением в области границы раздела показателя преломления, в частности, из-за повышения в ней концентрации красителя в процессе диффузии его молекул. Установлено, что в случае преломления скользящих лучей из прозрачной пластинки ЛК5 в диметилфтолат (яотн = 1,0236) максимальная интенсивность в преломленном пучке практически равна ее значению при преломлении скользящего света из воздуха в призму.

В п. 5.5 описаны экспериментальные исследования преломления света, уходящего от преломляющей поверхности под углами ухода до 14°. Показано, что световые лучи при различных углах ухода у преломляются под предельным углом ßc, с изменением у меняется только угол отклонения преломленных лучей от направления прямопроходящего пучка, равный [(90°- ßc) + у]; основное преломление из воздуха в призму происходит на начальном участке грани длиной около 0,5 мм; преломление под предельным углом вызвано предварительным отклонением уходящих лучей в скользящее положение; при уменьшении интенсивности лучей, становящихся скользящими, в 1632 раза вследствие увеличения у с 0,13 до 5,22° максимальная интенсивность света в

преломленном пучке падает всего в 18,1 раза. Дано объяснение замедленного спада интенсивности с ростом у увеличением вероятности распространения света в зоне отклонения по арочным траекториям и уменьшением длины арок, приводящим к большему числу падений лучей на грань за время жизни состояний световых квантов, обуславливающих отклонение лучей в сторону грани.

В заключении сформулированы ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ работы, сущность которых состоит в следующем:

1. Над поверхностью непрозрачных тел и границей раздела прозрачных оптических однородных сред существуют зоны, в которых световые лучи отклоняются по обе стороны от первоначального направления.

2. Возникновение краевого света, преломление скользящих лучей и лучей, уходящих от преломляющей поверхности являются следствием отклонения световых лучей в данных зонах.

3. Краевой свет состоит из основной компоненты, образованной отклоненными в зоне отклонения лучами, и компоненты отраженных от края экрана лучей, падающих на него отчасти также в результате их отклонения в зоне.

4. Возникающий между фазами основной и отраженной краевых компонент сдвиг приводит к взаимному усилению компонент на освещенной стороне и их ослаблению в области тени.

5. При нанесении на экран поглощающих покрытий происходит перераспределение световой энергии из краевого потока, распространяющегося на освещенной стороне, в область тени с сохранением величины суммарного потока.

6. Толстый экран, имеющий плоскую грань параллельную направлению распространения света, либо отклоненную от него на небольшие углы относительно переднего ребра, в несколько раз усиливает краевой свет на освещенной стороне и ослабляет его в области тени.

7. Амплитуда краевого света от тонкого слабопоглощающего экрана с прямолинейным краем обратно пропорциональна тангенсу угла отклонения краевых лучей от первоначального направления при углах >0,05 -ь 0,07°.

8. Существующие представления об отсутствии сдвига между фазами геневой компоненты краевой волны и падающего света, а также о сдвиге фазы на к у краевой компоненты, распространяющейся на освещенной стороне, относительно фазы падающего света, не соответствуют действительности.

В процессе отклонения света в зоне фаза краевых лучей, отклоняемых от экрана, испытывает опережение на (0,5 * 0,7)я относительно фазы падающего света, тогда как фаза краевых лучей, отклоняемых в область тени, отстает на (0,5^0,7> от нее.

9. Свет в области тени экранов является краевым светом.

10. Дифракционные картины от экранов, щелей обусловлены интерференцией краевых лучей с падающим светом, либо между собой.

11. Форма, кривизна края, толщина, поглощающая способность экранов влияют на положение дифракционных полос и интенсивность света в них.

12. Распространяющиеся в воздухе и оптически менее плотных однородных средах, в слое толщиной порядка 7-9 мкм, над преломляющей поверхностью, скользящие лучи света, а также лучи, уходящие от нее под углами до 14°, частично преломляются в более плотную среду. При этом часть преломленных лучей распространяется под предельным углом преломления, остальные же лучи - под углами отличными от предельного, образуя преломленный краевой свет.

13. Скользящие лучи и лучи, уходящие от преломляющей поверхности, преломляются из воздуха в основном на длине около 1 мм.

14. Распространяющиеся по лучевым траекториям кванты света в отношении направленности отклонения лучей в зонах отклонения находятся в двух кратковременных состояниях, переходя хаотически из одного состояния в другое непосредственно, либо через промежуточное состояние, во время которого они не отклоняются в зоне.

15. Преломление скользящего света и света, уходящего от преломляющей поверхности^ на ее начальном участке обусловлено малым временем жизни состояний квантов света, в течение которого лучи отклоняются в сторону преломляющей поверхности, и взаимным гашением лучей, преломляемых за его пределами.

16. Преломление лучей, уходящих ог преломляющей поверхности, под предельным углом является следствием предварительного отклонения их в зоне отклонения в скользящее положение.

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в следующих

заботах:

I. Терентьев Ю.Й., Хмелевцов С.С. Новый эффект возникновения диспергирующего элемента в области границы раздела двух сред с незначительно различающимися показателями преломления. // В кн.: Ш Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск: ИОАСО АН СССР. 1975. С. 278.

I. Терентьев Ю.И. О существовании дисперсионной зоны отклонения лучей света в оптически менее плотной среде над границей раздела двух оптически однородных сред. // Изв. вузов СССР. Физика. 1977. N 8. С.48-54.

3. Терентьев Ю.И. О существовании дисперсионной зоны отклонения лучей света в оптически менее плотной среде над границей раздела двух оптически однородных сред. Н В кн.: IV Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск; ИОА СО АН СССР. 1977. С. 19-23.

4. Терентьев Ю.И. К вопросу о характере распределения интенсивности в преломленном пучке, образованном лучами, движущимися первоначально вдоль границы раздела двух оптически однородных сред. I. // Изв. вузов СССР. Физика. 1979. N 7. С. 112-115.

5. Терентьев Ю.И. О формировании преломленного пучка при движении лучей света вдоль границы раздела двух оптически однородных сред в условиях высоких значений относительно показателя преломления. II. // Изв. вузов СССР. Физика. 1979. N 7. С. 115-117.

6. Терентьев Ю.И. Об особенностях преломления скользящих лучей света из оптически менее плотных слабопоглощающих сред. // Изв. вузов СССР. Физика. 1981. N3. С. 57-60.

7. Терентьев Ю.И. О нарушении справедливости формул Френеля в случае преломления света из оптически менее плотных слабопоглощающих сред. У/ Изв. вузов СССР. Физика. 1982. N 3. С. 103-104.

8. Терентьев Ю.И. О некоторых особенностях отражения света в оптически

менее плотных средах на границе раздела однородных сред. // В кн.: Ш Всесоюзн. совещание по атмосферной оптике и актинометрии. Томск: ИОА СО АН СССР. 1983. Ч. 2. С. 128-130.

9. Терентьев Ю.И. Экспериментальное исследование преломления света из оптически менее плотных однородных сред в случае ухода светового пучка от преломляющей грани. // В кн.: Материалы VIII Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск: ИОА СО АН СССР. 1986.4. 1.С. 220-224.

10. Терентьев Ю.И. Преломление света из воздуха в стекло в случае ухода светового пучка от преломляющей поверхности. // Изв. вузов СССР. Физика. 1987. N 12. С. 55-58.

11. Терентьев Ю.И. К вопросу о дифракции света на плоском тонком экране с прямолинейным краем. // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2. N 11. С. 1141-1146.

12. Терентьев Ю.И. О получении простых выражений для интенсивности при дифракции света на тонком экране с прямолинейным краем. // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2. N11. С. 1147-1153.

13. Терентьев Ю.И. О новых фактах в пользу объективности представлений Юнга относительно причины образования дифракционной картины от экрана. // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2. N 12. С. 1325-1327.

14. Терентьев Ю.И. Количественное описание дифракционной картины света от щели на основе представлений Юнга. // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3. N9. С. 965-975.

15. Терентьев Ю.И. Характер зависимости интенсивности света на оси пучка от ширины ограничивающей его щели на основании представлений Юнга. Н Оптика атмосферы. 1991. Т. 4. N 5. С. 353-362.

16. Терентьев Ю.И. О возможности изменения относительной интенсивности полос дифракционной картины света от экрана. // Оптика атмосферы. 1991. Т. 4. N 5. С. 462-467.

17. Терентьев Ю.И. Об экспериментальной оценке глубины области отклонения краевых лучей света. И Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6.

N4. С. 345-348.

18. Терентъев Ю.И. Причина преломления из воздуха в стекло скользящего света. // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. N 3. С. 300-305.

19. Терентъев Ю.И. О причине образования интерференционных полос пучком преломленных скользящих лучей. // Оптика атмосферы и океана, 1994. Т. 7. N3.0. 306-314.

20. Терентъев Ю.И. О причинах возникновения краевой волны, влиянии на нее поглощающей способности, толщины, формы дифрагирующего экрана. Оптика атмосферы и океана, 1995, Т. 8, N 4, С. 510-520.

21. Терентьев Ю.И. Исследование причин и особенностей образования краевого света в оптически более и менее плотных средах. // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8. N 6. С. 811-818.

22. Терентьев Ю.Й. Новые сведения о дифракции света на тонком экране с прямолинейным краем. // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т. 9. N 3. С. 314-323.

23. Терентьев Ю.И. О некоторых особенностях преломления скользящего света и света, уходящего от преломляющей поверхности, из воздуха в стекло. // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т. 9. N 5. С. 592-601.

Подписано к печати 1Й(Н 99 г. Заказ № 160. Тираж 100 Бумага финская. Формат 60x80 1/16 п. л. I , уч. изд. л. 4 г. Томск, 21; пр. Фрунзе, 115/3, ЦНТИ.