Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła"

Sylwester Mróz
4 lat temu
Przeglądów:

1 Optyka Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła 1

Optyka falowa Opis i zastosowania fal elektromagnetycznych w zakresie widzialnym i bliskim widzialnemu Podstawowe zasady zasada superpozycji interferencja fal interferencja

2 Optyka falowa Opis i zastosowania fal elektromagnetycznych w zakresie widzialnym i bliskim widzialnemu Podstawowe zasady zasada superpozycji interferencja fal interferencja konstruktywna interferencja destruktywna zasada Huyghensa( Fresnela): Każdy punkt ośrodka, do którego dotarło czoło fali, można uważać za źródło nowej fali kulistej Dyfrakcja 2

3 Wavelength Frequency (Hz) Światło fala elektromagnetyczna Gamma-rays Rozwiązanie równań Maxwella fala płaska z 0.1 Å 1019 E 1Å 0.1 nm nm 1017 v x 400 nm X-rays B y 10 nm nm Ultraviolet Parametry: 100 nm 1015 Visible Near IR nm 1 µm 600 nm 10 µm Infra-red Thermal IR 100 µm 1012 Far IR 1000 MHz UHF Polaryzacja kołowa 1 cm Microwaves MHz 1000 µm 1 mm 700 nm Polaryzacja liniowa kierunek drgań wektora E Radar 10 cm 10 9 VHF MHz Radio, TV FM VHF MHz 1m m m 10 6 AM 1000 m Long-waves 3

4 Interferencja Interferometr Michelsona Interferencja konstruktywna lub destruktywna w zależności od różnicy dróg optycznych 4

5 Dyfrakcja P Dyfrakcja Fresnela (bliskie pole) i Fraunhofera (dalekie pole) Natężenie fali za przeszkodą Dyfrakcja na szczelinie Pierwsze minimum: 5

6 Dyfrakcja (c.d.) Dyfrakcja na otworze kołowym dysk Airy'ego Pierwsze minimum J (x) J (x) 1 J (x) x

Zdolność rozdzielcza kryterium Rayleigha Obraz

przez otwór Kryterium Rayleigha: obrazy są

jest poza pierwszym minimum drugiego Zdolność

7 Zdolność rozdzielcza kryterium Rayleigha Obraz dyfrakcyjny dwóch źródeł punktowych po przejściu przez otwór Kryterium Rayleigha: obrazy są rozdzielone, jeśli centralne maksimum pierwszego jest poza pierwszym minimum drugiego Zdolność rozdzielcza 7

8 Siatka dyfrakcyjna Maksimum natężenia dla Szerokość maksimum 8

9 Dyfrakcja jako rozpraszanie Maksimum natężenia dla Zmiana wektora falowego jest związana z okresem struktury, na której następuje rozpraszanie! Dyfrakcja promieni rentgenowskich na kryształach informacja o strukturze. 9

10 Koherencja Idealna fala płaska: Rzeczywiste prążki: długość (droga) koherencji czas koherencji Naturalne światło składa się z krótkich pakietów falowych emitowanych przez różne atomy. Fazy fali w różnych pakietach są przypadkowe. 10

11 Długość koherencji a poszerzenie linii FWHM Poszerzenie Gaussowskie dla poszerzenia dopplerowskiego: Poszerzenie Lorentza 11

12 Optyka geometryczna Pomijamy efekty ugięcia (dyfrakcji) Promień świetlny droga propagacji światła pomiędzy ustalonymi punktami (prostopadły do frontu falowego) Zasada Fermata: Promień świetlny propaguje pomiędzy ustalonymi punktami po takiej drodze, by czas potrzebny na jej przebycie (czyli droga optyczna) był ekstremalny. Podstawowe prawa: odbicie, załamanie Zastosowania: opis przyrządów optycznych 12

Rozpraszanie światła Rozpraszanie Rayleigha Rozpraszanie elastyczne na atomach lub defektach (gazy, nieuporządkowane ciała stałe) Rozpraszanie Brillouina Rozpraszanie

13 Rozpraszanie światła Rozpraszanie Rayleigha Rozpraszanie elastyczne na atomach lub defektach (gazy, nieuporządkowane ciała stałe) Rozpraszanie Brillouina Rozpraszanie nieelastyczne na fluktuacjach współczynnika załamania (np. fale akustyczne w kryształach) Rozpraszanie Ramana Rozpraszanie nieelastyczne na drganiach atomów w molekułach i ciałach stałych 13

14 Zjawiska nieliniowe w optyce Nieliniowa odpowiedź ośrodka (polaryzacja) pole o częstości sumarycznej lub różnicowej Podstawowe procesy 2. rzędu: Generacja częstości sumarycznej lub różnicowej Podwojenie częstości (generacja drugiej harmonicznej) Parametryczne obniżenie częstości Przykładowe procesy 3. rzędu Generacja trzeciej harmonicznej Stymulowane rozpraszanie Brillouina i Ramana 14

Podobne dokumenty

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa Optyka Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa 1 Optyka falowa Opis i zastosowania fal elektromagnetycznych w zakresie widzialnym i bliskim