ELEMENTY OPTYKI Fale elektromagnetyczne Promieniowanie świetlne Odbicie światła Załamanie światła Dyspersja światła Polaryzacja światła Dwójłomność

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ELEMENTY OPTYKI Fale elektromagnetyczne Promieniowanie świetlne Odbicie światła Załamanie światła Dyspersja światła Polaryzacja światła Dwójłomność"

Iwona Góra
7 lat temu
Przeglądów:

1 ELEMENTY OPTYKI Fale elektromagnetyczne Promieniowanie świetlne Odbicie światła Załamanie światła Dyspersja światła Polaryzacja światła Dwójłomność Holografia

FALE ELEKTROMAGNETYCZNE Fale elektromagnetyczne - fale powstałe w wyniku rozchodzenia się zmiennego pola elektromagnetycznego (pole elektrycznego i magnetycznego), wytwarzanego wskutek ruchu ładunków

2 FALE ELEKTROMAGNETYCZNE Fale elektromagnetyczne - fale powstałe w wyniku rozchodzenia się zmiennego pola elektromagnetycznego (pole elektrycznego i magnetycznego), wytwarzanego wskutek ruchu ładunków elektrycznych (drgające w atomach elektrony). Widmo promieniowania elektromagnetycznego a fale świetlne (zakres widzialny): przenikalność atmosfery ziemskiej typ promieniowania długość fali [m] ciało o skali zbliżonej do długości fal częstotliwość [Hz] temperatura ciała, którego maksimum promieniowania przypada na daną długość fali

3 PROMIENIOWANIE ŚWIETLNE Fale elektromagnetyczne są falami porzecznymi (wektory natężenia pola elektrycznego E i magnetycznego B fali są wzajemnie prostopadłe i leżą w płaszczyźnie prostopadłej do wektora prędkości rozchodzenia się fali). Promieniowanie świetlne jest superpozycją wielu fal elektromagnetycznych, skierowanych we wszystkich możliwych kierunkach z zachowaniem warunku wzajemnej prostopadłości (E _ _ B) i do kierunku rozchodzenia się fali (x). Zgodnie z teorią Maxwella, prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w danym ośrodku (próżni) jest określona: c ε 1 0 μ m/s ε 0 - stała dielektryczna próżni μ 0 - przenikalność magnetyczna próżni c f c - prędkość światła w próżni λ - długość fali f - częstotliwość fali

4 normalna ODBICIE ŚWIATŁA Zasada Fermata (1679) - światło przebiegając między dwoma punktami wybiera drogę, na której przebycie (w porównaniu z innymi, sąsiednimi drogami) potrzebne jest ekstremum (minimum lub maksimum) czasu (zwykle minimum). Prawo odbicia - kąt padania jest równy kątowi odbicia a promień padający, promień odbity i normalna do powierzchni odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. sinα α 1 1 sinα α 2 2 α 1 - kąt padania α 2 - kąt odbicia B A A C α 1 α 2 B B zwierciadło α 1 α 2 C p. szorstka - o. rozproszone λ/8 p. gładka (błyszcząca) B

5 Załamanie (refrakcja) światła jest skutkiem różnicy prędkości rozchodzenia się fali świetlnej w różnych ośrodkach. Prawo załamania (Snelliusa) - dla danych dwóch ośrodków stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest równy współczynnikowi załamania światła ośrodka drugiego względem pierwszego. l l pr oś ct t 24,5 o >, ZAŁAMANIE ŚWIATŁA l pr l oś c l p - droga > przebyta 24,5 o w próżni l o - droga przebyta w ośrodku c - prędkość światła w próżni υ - prędkość światła w ośrodku n - współczynnik załamania α - kąt padania β - kąt załamania, c n A n 1 n 2 normalna α B α gr β n 1 < n 2 υ 1 > υ 2 powietrze υ 1 υ 2 sinα sinβ n n 2 1 n 2,1 υ υ o C woda

współczynnik załamania DYSPERSJA ŚWIATŁA Prędkość fali świetlnej przechodzącej przez ośrodek materialny (przezroczysty) zależy od rodzaju tego ośrodka (n) oraz od częstotliwości (długości fali)

6 współczynnik załamania DYSPERSJA ŚWIATŁA Prędkość fali świetlnej przechodzącej przez ośrodek materialny (przezroczysty) zależy od rodzaju tego ośrodka (n) oraz od częstotliwości (długości fali) padającego światła. Dyspersja światła - rozszczepienie światła związane z różnicą częstotliwości fal (zależność współczynnika załamania ośrodka od długości fali świetlnej). Zależność n = f (λ) długość fali [μm] szklany pryzmat DYSPERSJA ŚWIATŁA BIAŁEGO

TĘCZA PIERWOTNA Tęcza - zjawisko powstawania w atmosferze ziemskiej charakterystycznego wielobarwnego łuku przy oświetlaniu kropli wody (np.

7 TĘCZA PIERWOTNA Tęcza - zjawisko powstawania w atmosferze ziemskiej charakterystycznego wielobarwnego łuku przy oświetlaniu kropli wody (np. deszczu, mgły, mżawki) silnym światłem białym (np. słonecznym). Przyczyną powstawania tęczy jest rozszczepienie, załamanie i całkowite wewn. odbicie światła na kroplach wody o kształtach zbliżonych do kulistego. 42 o 40 o

TĘCZA WTÓRNA Dwukrotne odbicie wewnątrz kropli powoduje rozszczepienie światła pod kątami większymi niż 42,5 o i powstanie mniej wyraźnej tęczy wtórnej o odwróconych kolorach (taka sama kolejność

8 TĘCZA WTÓRNA Dwukrotne odbicie wewnątrz kropli powoduje rozszczepienie światła pod kątami większymi niż 42,5 o i powstanie mniej wyraźnej tęczy wtórnej o odwróconych kolorach (taka sama kolejność barw). 1 - kropla 2 - całkowite wewn. odbicie 3 - tęcza pierwotna 4 - rozszczepienie światła 5 - tęcza wtórna 6 - promienie światła białego 7 - bieg promieni tworzących tęczę pierwotną 8 - bieg promieni tworzących tęczę wtórną 9 - obserwator 10 - rejon powstawania tęczy pierwotnej 11 - rejon powstawania tęczy wtórnej 12 - strefa kropel

światło niespolaryzowane POLARYZACJA ŚWIATŁA Dyfrakcja i interferencja świadczą o falowej naturze światła, zjawisko polaryzacji światła wskazuje, że są to fale poprzeczne.

9 światło niespolaryzowane POLARYZACJA ŚWIATŁA Dyfrakcja i interferencja świadczą o falowej naturze światła, zjawisko polaryzacji światła wskazuje, że są to fale poprzeczne. Światło naturalne nie jest spolaryzowane (żaden kierunek drgań elektronowych nie jest wyróżniony) i drgania wektora świetlnego zachodzą we wszystkich możliwych kierunkach, prostopadłych do kierunku rozchodzenia się światła. Światło, w którym kierunki drgań fal są w jakiś sposób uporządkowane, nazywamy światłem spolaryzowanym. Płaszczyznę, w której drga wektor świetlny (wektor pola elektrycznego E) nazywamy płaszczyzną drgań, a płaszczyznę do niej prostopadłą (na której leży wektor pola magnetycznego B) - płaszczyzną polaryzacji. POLARYZACJA ŚWIATŁA Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego E w poprzecznej fali elektromagnetycznej (E _ _ B). polaryzator liniowy oś transmisji p. liniowa światła analizator liniowy oś transmisji całkowite wygaszenie światła

10 POLARYZACJA ŚWIATŁA (c.d.) W zależności od różnicy faz (φ) fal opuszczających polaroid światło może być spolaryzowane liniowo, kołowo i eliptycznie. OKULARY POLAROIDOWE,π,,nπ polaryzacja pionowa światła polaryzacja pozioma światła,3/2π,

światło niespolaryzowane P. PRZEZ ABSORPCJĘ (polaroid) polaryzator światło spolaryzowane liniowo (płasko) E o analizator I φ E o cosφ SPOSOBY POLARYZACJI P.

11 światło niespolaryzowane P. PRZEZ ABSORPCJĘ (polaroid) polaryzator światło spolaryzowane liniowo (płasko) E o analizator I φ E o cosφ SPOSOBY POLARYZACJI P. PRZEZ ODBICIE (kąt Brewstera θ) E _ _, E normalna fala odbita (p. całkowita) E _ _ 2 I I o cos pr. Malusa * rozpraszanie w ośrodkach optycznie niejednorodnych (geometryczne, r >> λ) I ~ r ~ r pr. Rayleigha ROZPROSZENIE (molekularne, r << λ) padająca fala niespolaryzowana fala rozproszona (p. pionowa) fala rozproszona (p. pozioma) r molekuła wody fala wychodząca fala padająca glass szkło ψ fala załamana (p. częściowa) E _ _, E sinθ sinθ tgθ n sinψ sin(90 θ) pr. Brewstera ( 90 o )

oś optyczna DWÓJŁOMNOŚĆ Niektóre przezroczyste kryształy (np. szpat islandzki CaCO 3 ) wykazują zdolność do podwójnego załamywania światła, zwaną dwójłomnością.

12 oś optyczna DWÓJŁOMNOŚĆ Niektóre przezroczyste kryształy (np. szpat islandzki CaCO 3 ) wykazują zdolność do podwójnego załamywania światła, zwaną dwójłomnością. Zjawisko to wynika z faktu anizotropowości ośrodka, tzn. zależności jego właściwości optycznych (ε, υ, n) od kierunku rozchodzenia się światła względem osi krystalograficznych. światło niespolaryzowane kryształ pr. zwyczajny (o) pr. nadzwyczajny (e) * DICHROIZM - zjawisko polegające na silniejszej absorpcji przez kryształ jednego z promieni (pr. zwyczajnego lub pr. nadzwyczajnego), co wykorzystywane jest w polaroidach (np. kryształ turmalinu)

13 SKRĘCANIE PŁASZCZYZNY POLARYZACJI Zjawisko skręcania płaszczyzny polaryzacji polega na zmianie orientacji płaszczyzny polaryzacji przy przechodzeniu przez substancje optycznie czynne (kryształy izotropowe i anizotropowe, czyste ciecze i roztwory oraz gazy). Występują dwie odmiany substancji skręcających: prawoskrętne (dodatnie) - skręcające płaszczyznę polaryzacji w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara; lewoskrętne (ujemne) - skręcające płaszczyznę polaryzacji w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

14 WYŚWIETLACZE CIEKŁOKREYSTALICZNE światło elektrody 1 - polaryzator 2 - szklana elektroda 3 - ciekły kryształ 4 - szklana elektroda 5 - analizator 6 - lustro polaryzator V ciekły kryształ kolorowy filtr polaryzator wyświetlacz

płaszczyzna polaryzacji światła promień nadzwyczajny MIKROSKOP POLARYZACYJNY BUDOWA MIKROSKOPU POLARYZACYJNEGO rekombinacyjna wiązka światła po interferencji zestaw do cyfrowej analizy obrazu

15 płaszczyzna polaryzacji światła promień nadzwyczajny MIKROSKOP POLARYZACYJNY BUDOWA MIKROSKOPU POLARYZACYJNEGO rekombinacyjna wiązka światła po interferencji zestaw do cyfrowej analizy obrazu (kamera cyfrowa DXM 1200) okular tubus analizator promień zwyczajny EPIoświetlacz źródło światła kryształ dwójłomny polaryzator fokus (ostrość) obiektyw okrągły stolik obrotowy statyw mikroskopu

16 EFEKTY FOTOELASTYCZNE Fotoelastyczność - występowanie zjawiska dwójłomności pod wpływem naprężenia (określanie i wizualizacja rozkładu naprężeń w badanym materiale).

17 WIDZENIE TRÓJWYMIAROWE Widzenie trójwymiarowe - technika rejestracji i obserwacji obrazów pozwalająca na uzyskanie wrażenia trójwymiarowości oglądanych obiektów (jednoczesne odbieranie obrazu widzianego przez każde oko pod innym kątem).

18 STEREOSKOPIA Stereoskopia - technika obrazowania, oddająca wrażenie normalnego widzenia przestrzennego, tzn. reprezentującego nie tylko kształt i kolor obiektów, ale także ich wzajemne zależności przestrzenne, odległość od obserwatora i głębię sceny.

19 HOLOGRAFIA Holografia (z gr. holos i grapho pełna informacja, całkowite przesłanie ) - dział optyki stosowanej zajmujący się uzyskiwaniem obrazów przestrzennych (trójwymiarowych) metodą rekonstrukcji fali (gł. światła). Przez rekonstrukcję fali rozumie się odtworzenie w pewnym obszarze przestrzeni zarówno jej kierunku ruchu, amplitudy, częstotliwości i fazy. Holografia opiera się na zjawisku interferencji dwóch fal (zgodne fazy i częstotliwości). *Rekonstrukcja hologramów barwnych jest wynikiem nakładania się trzech obrazów interferencyjnych i wymaga zastosowania trzech laserów (np. RGB). ZAPIS (rejestracja obrazu) hologram ODTWARZANIE (projekcja obrazu)

Podobne dokumenty

POLARYZACJA ŚWIATŁA. Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego E w poprzecznej fali elektromagnetycznej (E B). światło niespolaryzowane

POLARYZACJA ŚWIATŁA. Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego E w poprzecznej fali elektromagnetycznej (E B). światło niespolaryzowane FALE ELEKTROMAGNETYCZNE Polaryzacja światła Sposoby polaryzacji Dwójłomność Skręcanie płaszczyzny polaryzacji Zastosowania praktyczne polaryzacji Efekty fotoelastyczne Stereoskopia Holografia Politechnika