Wykład XIV. wiatła. Younga. Younga. Doświadczenie. Younga

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wykład XIV. wiatła. Younga. Younga. Doświadczenie. Younga"

Radosław Mróz
6 lat temu
Przeglądów:

1 Wykład XIV Poglądy na naturęświat wiatła Dyfrakcja i interferencja światła rozwój poglądów na naturę światła doświadczenie spójność światła interferencja w cienkich warstwach interferometr Michelsona dyfrakcja światła na jednej i dwóch szczelinach na otworze kołowym siatka dyfrakcyjna natura korpuskularna -światło strumieniem małych ciałek, tzw. korpuskuł (pogląd popularny od czasów Newtona do początku XIX w.) natura falowa -światło falą elektromagnetyczną (teoria rozwijana od początku XIX w. w ślad za doświadczeniami dyfrakcyjnointerferencyjnymi i Fresnela) dualizm korpuskularno-falowy - przejawianie przez światło natury korpuskularnej lub falowej w zależności od warunków eksperymentalnych (aktualny pogląd, dotyczący nie tylko światła, lecz również innych obiektów mikroświata) Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski Poglądy na naturęświat wiatła ciekawostki dyfrakcja światła na pojedynczej szczelinie w 66 r. Grimaldi zaobserwował odchylenie biegu światła, wpuszczając wiązkę światła do zaciemnionego pokoju przez maleńki otwór kołowy i obserwując cienie przedmiotów ustawionych na jej drodze; widząc naprzemienne jasne i ciemne linie na brzegach cienia napisał: światło rozchodzi się nie tylko prostoliniowo, przez załamanie i odbicie, lecz również w inny sposób - przez ugięcie (nie umiał jednak wyjaśnić dostrzeżonego efektu) w 690 r. Huygens ogłosił, iżświatło posiada naturę falową, lecz pogląd ten szybko zapomniano zależność od szerokości szczeliny: im węższa szczelina, tym silniejsze ugięcie (główna cecha dyfrakcji fal) Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 3 Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski eksperyment właściwy z dwiema szczelinami (80 r.) obraz na ekranie - dwie szczeliny (fotografia) - dwie bardzo wąskie szczeliny (symulacja) 3 - jedna szczelina (fotografia) Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 5 Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 6

2 obraz interferencyjny - układ jasnych i ciemnych prążków (określanych niezbyt ściśle maksimami i minimami) powstawanie różnicy faz pomiędzy dwiema falami w wyniku przebycia niejednakowych dróg optycznych jasne prążki m m 0,, ciemne prążki,... ( m + ) m 0,,,... Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 7 Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 8 natężenie światła w obrazie interferencyjnym uzyskanym przy pomocy dwóch szczelin Spójno jność światła zdolność światła do interferencji spójność czasowa - zdolność do interferencji dwóch wiązek światła wychodzących w różnych chwilach z tego samego źródła spójność przestrzenna - zdolność do interferencji dwóch wiązek światła wychodzących w tym samym momencie z różnych źródeł lub różnych punktów tego samego źródła rozciągłego przykładowe źródła światła spójnego: lasery częściowo spójnego: Słońce (spójność na bardzo niewielkim obszarze obserwacji) niespójnego: świeca, lampy żarowe i wyładowcze alternatywne określenie: koherencja Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 9 Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 0 Interferencja w cienkich warstwach wrażenie wzrokowe obserwatora zależne od różnicy faz między światłem reprezentowanym przez promienie r i r fazy zgodne - obszar widziany jako jasny fazy przeciwne - obszar widziany jako ciemny konieczność uwzględnienia efektu zmiany fazy przy odbiciu brak zmiany fazy przy odbiciu od ośrodka rzadszego optycznie zmiana fazy odpowiadająca połowie długości fali przy odbiciu od ośrodka gęstszego optycznie Interferencja w cienkich warstwach n ciemny obszar (w przypadku n > n i n > n 3 ) n m m 0,,,... jasny obszar (j.w.) n ( m + ) m 0,,,... Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski

3 Warstwa antyrefleksyjna n ciemny obszar (n < n < n 3 ) n ( m + ) m 0,,,... minimalna grubość warstwy MgF ( 550 nm) m 0 min n 0.μm Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 3 Interferometr Michelsona przyrząd pozwalający na precyzyjne pomiary długości (lub zmian długości) poprzez obserwację prążków interferencyjnych elementy pierwowzoru autorstwa Michelsona (88 r.) rozciągłe źródło światła (S) płytka światłodzieląca (M) zwierciadło nieruchome (Z ) zwierciadło ruchome (Z ) teleskop soczewkowy (T) Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski Interferometr Michelsona w konfiguracji startowej ( d d ) zmiany obrazu interferencyjnego w teleskopie odsunięcie lub zbliżenie zwierciadła Z o ¼ - przesunięcie obrazu o pół prążka (zmiana miejsc ciemnych i jasnych obszarów) odsunięcie lub zbliżenie zwierciadła Z o ½ - przesunięcie obrazu o cały prążek wstawienie na drodze którejś wiązki przezroczystego przedmiotu - przesunięcie obrazu zależne od grubości przedmiotu Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 5 sposób wyznaczania położeń minimów metodą par promieni podział szczeliny o szerokości a na odpowiednią liczbę stref (,, ) szkic promieni r i wychodzących z najwyższych punktów poszczególnych stref założenie dużej odległości ekranu w stosunku do szerokości szczeliny, umożliwiające traktowanie promieni jako równoległych D >> a wyznaczenie różnicy dróg optycznych pomiędzy sąsiednimi promieniami przyrównanie znalezionej różnicy do połowy długości fali Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 6 pierwsze minimum sinθ a a a sinθ a sinθ asinθ drugie minimum sinθ a a a sinθ a sinθ a sin θ warunek ogólny interferencji destruktywnej a sin θ m, m,, 3,... Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 7 Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 8 3

4 Dyfrakcja światła a na dwóch szczelinach parametr pomocniczy α (połowa różnicy faz między skrajnymi promieniami wychodzącymi ze szczeliny o szerokości a) πa α sinθ natężenie światła na ekranie I ( θ ) I m sin α α im szersza szczelina, tym węższe maksimum centralne parametr pomocniczy β πd β sinθ (d - odległość między środkami szczelin) natężenie światła na ekranie I ( θ ) I m sin α cos α czynnik dyfrakcyjny (sinα /α) czynnik interferencyjny cos β β Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 9 Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 0 Dyfrakcja światła a na otworze kołowym owym pierwsze minimum (d - średnica otworu) d sin θ. Dyfrakcja światła a na otworze kołowym owym przykład znaczenia zdolności rozdzielczej - dwie gwiazdy na wieczornym niebie (lub reflektory odległego samochodu) zdolność rozdzielcza - możliwość rozróżnienia odległych przedmiotów (np. punktowych źródeł światła) o niedużej wzajemnej odległości kątowej Θ warunek rozdzielenia - kryterium Rayleigha ΘR. d Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski element dyspersyjny w postaci układu wielu równoległych, wąskich szczelin odległych od siebie o określoną wartość d (tzw. stałą siatki) rodzaje siatek odbiciowe transmisyjne przykłady siatek naturalnych kryształy mięśnie poprzecznie prążkowane warunek maksimum m-tego rzędu m m 0,,,... szerokość połówkowa linii centralnej θ / Nd ogólne wyrażenie na szerokość połówkową θ/ Nd cosθ Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 3 Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski

5 dyspersja kątowa dθ D d m dθ d cosθ m d m D d cosθ zdolność rozdzielcza R ( - średnia długość fali dwóch bliskich sobie linii widmowych, - różnica długości fal tych linii) θ d cosθ m, θ/ Nd R mn Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 5 Fizyka ogólna 3 fizyka falowa i optyka W. Drozdowski 6 5

Podobne dokumenty

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Wykład 17: Optyka falowa cz.1. Dr inż. Zbigniew Szklarski Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok.31 szkla@agh.edu.pl http://layer.uci.agh.edu.pl/z.szklarski/ 1 Zasada Huyghensa Christian Huygens 1678 r. pierwsza