WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Podobne dokumenty
OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Zjawisko interferencji fal

Zjawisko interferencji fal

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Dyfrakcja. Dyfrakcja to uginanie światła (albo innych fal) przez drobne obiekty (rozmiar porównywalny z długością fali) do obszaru cienia

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 12, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Zjawisko interferencji fal

Wykład FIZYKA II. 8. Optyka falowa

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

= sin. = 2Rsin. R = E m. = sin

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Równania Maxwella. roth t

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 17, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Interferencja. Dyfrakcja.

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 17, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Wykład 16: Optyka falowa

Rejestracja i rekonstrukcja fal optycznych. Hologram zawiera pełny zapis informacji o fali optycznej jej amplitudzie i fazie.

Wykład 16: Optyka falowa

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

G:\AA_Wyklad 2000\FIN\DOC\FRAUN1.doc. "Drgania i fale" ii rok FizykaBC. Dyfrakcja: Skalarna teoria dyfrakcji: ia λ

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

Dualizm korpuskularno falowy

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 12, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz


Interferometr Macha-Zehndera. Zapis sinusoidalnej siatki dyfrakcyjnej i pomiar jej okresu przestrzennego.

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 11, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Dyfrakcja. interferencja światła. dr inż. Romuald Kędzierski

Prawa optyki geometrycznej

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

WŁASNOŚCI FAL (c.d.)

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 11, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

18 K A T E D R A F I ZYKI STOSOWAN E J

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Wykład III. Interferencja fal świetlnych i zasada Huygensa-Fresnela

przenikalność atmosfery ziemskiej typ promieniowania długość fali [m] ciało o skali zbliżonej do długości fal częstotliwość [Hz]

Elektrodynamika Część 8 Fale elektromagnetyczne Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Ψ(x, t) punkt zamocowania liny zmienna t, rozkład zaburzeń w czasie. x (lub t)

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] -częstotliwość.

PROPAGACJA PROMIENIOWANIA PRZEZ UKŁAD OPTYCZNY W UJĘCIU FALOWYM. TRANSFORMACJE FAZOWE I SYGNAŁOWE

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

Równania Maxwella. Wstęp E B H J D

Wykład 27 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

interferencja, dyspersja, dyfrakcja, okna transmisyjne Interferencja

Światło jako fala Fala elektromagnetyczna widmo promieniowania Czułość oka ludzkiego w zakresie widzialnym

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

PODSTAWY DYFRAKCJI WYBRANE ZAGADNIENIA DYFRAKCJI FRAUNHOFERA Krzysztof

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Fotonika. Plan: Wykład 9: Interferencja w układach warstwowych

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Podstawy fizyki wykład 7

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Fotonika kurs magisterski grupa R41 semestr VII Specjalność: Inżynieria fotoniczna. Egzamin ustny: trzy zagadnienia do objaśnienia

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

Wykład 1: Fale wstęp. Drgania Katarzyna Weron. WPPT, Matematyka Stosowana

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Podstawy fizyki sezon 2 8. Fale elektromagnetyczne

Podstawy fizyki wykład 8

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

DYFRAKCJA ŚWIATŁA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Optyka falowa. dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PŁ 2012/13

TECHNIKI OBSERWACYJNE ORAZ METODY REDUKCJI DANYCH

Falowa natura światła

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła w polu bliskim i dalekim

Wykład 2: Od drgań do fali Katarzyna Weron. WPPT, Matematyka Stosowana

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

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 13, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

Ruch falowy. Fala zaburzenie wywoane w jednym punkcie ośrodka, które rozchodzi się w każdym dopuszczalnym kierunku.

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

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

Funkcja falowa i związek między gęstością mocy i funkcją falową to postulaty skalarnego modelu falowego światła.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 13, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Wykład VI Dalekie pole

Transkrypt:

1100-4BW1, rok akademicki 018/19 WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ dr hab. Rafał Kasztelanic Wykład 4

Przestrzeń swobodna jako filtr częstości przestrzennych Załóżmy, że znamy rozkład pola na fale monochromatyczne w płaszczyźnie z 0. Chcemy znaleźć rozkład pola w płaszczyźnie z 1. Zakładam, że ten rozkład wygląda następująco: u x, y, z 1 = ඵ U ν x, ν x, z 1 exp iπ(xν x + yν y ) dν x dν y Aby znaleźć rozwiązanie podstawiam to do równania falowego: u 1 θ u t = 0 Ponieważ mamy fale monochromatyczne postaci: to: u x = (πν x) = ( π λ ) = k Po podstawieniu mamy: u(x) exp iπxν x u k u = 0 x U ν x, ν x, z 1 + k [1 λν x λν y ]U νx, ν x, z 1 =0 równanie Helmholtza

Przestrzeń swobodna jako filtr częstości przestrzennych Rozwiązaniem jest równanie: U ν x, ν x, z 1 = U 0 ν x, ν x exp iπ λ 1 λν x λν y z1 dla: ν x +ν x 1 λ 1 λν x λν y 0 - fala płaska rozprzestrzeniająca się dla: ν x +ν x > 1 λ 1 λν x λν y < 0 - fala zanikająca, evanescentna (niejednorodna) Funkcja przenoszenia: H ν x, ν x = U ν x, ν x, z 1 U 0 ν x, ν x iπ = exp λ 1 λν x λν y z1 0 dla: ν x +ν x 1 λ dla: ν x +ν x > 1 λ 3 Propagację fali monochromatycznej w przestrzeni możemy interpretować jako proces filtracji dolnoprzepustowej. Pasmo przenoszenia równoważnego filtra jest ograniczone w płaszczyźnie częstości przestrzennym do koła o promieniu 1/λ. Fale, których częstości są wewnątrz tego koła przenoszone są bez zniekształceń lecz z przesunięciem fazowym. Częstość z poza koła są tłumione i w odległości kilku λ nie są rejestrowane.

Prędkość fazowa, prędkość grupowa Załóżmy, że mamy fale monochromatyczne: Prędkość fazowa prędkość poruszania się punktów o tej samej fazie: Prędkość grupowa dla fal niemonochromatycznych, prędkość rozchodzenia się informacji, Rozchodzenia się obwiedni: 4

Prędkość fazowa, prędkość grupowa 5 www.youtube.com/watch?annotation_id=annotation_3359660903&feature=iv&src_vid=epjdv75ft5o&v=tlm9vq-bepa

Widmo krótkiego impulsu ee.ti.com/blogs_/b/analogwire 6 old.nobelprize.org

Interferencja 7

Interferencja pojedyncza szczelina Propagację fali elektromagnetycznej za przeszkodą możemy sobie wyobrażać za Huygensem jako falę pochodzącą ze zbioru punktowych źródeł światła umieszczonych w płaszczyźnie przesłony. 8

Interferencja pojedyncza szczelina Wszystkie oscylatory w fazie (fala płaska) Równe amplitudy w punkcie obserwacji (daleko ekran) Interferencja N fal E = E 0 r N ei kr1 ωt + E 0 r N ei kr ωt + + E 0 r N ei kr N ωt E = E 0 r N e iωt e ikr 1 1 + e ik r r 1 + e ik r 3 r 1 + + e ik r N r 1 β = k D sinθ = π λ D sinθ β = k y sinθ = π λ y sinθ β = k r r 1, β = k r 3 r 1,, N β = k r N r 1 E = E 0 r N e iωt e ikr 1 1 + e i β + e i β + + ei β N e i βn 1 e i β 1 9

Interferencja pojedyncza szczelina e i βn 1 e i β 1 = ein β/ e in β/ e in β/ e i β/ e i β/ e i β/ sin N β/ i N 1 β/ = e sin β/ E = E 0 r N e iωt e ikr sin N β/ 1ei N 1 β/ sin β/ I = E = I 0 sin N β/ N sin β/ Interferencja 10

Interferencja pojedyncza szczelina e i βn 1 e i β 1 = ein β/ e in β/ e in β/ e i β/ e i β/ e i β/ sin N β/ i N 1 β/ = e sin β/ E = E 0 r N e iωt e ikr sin N β/ 1ei N 1 β/ sin β/ I = E = I 0 sin N β/ N sin β/ Interferencja N, y 0 β~ y sin β/ β/ sin N β/ sin β/ I = I 0 N β/ = I 0 β/ Dyfrakcja 11

Interferencja pojedyncza szczelina I = I 0 sin β/ β/ 1 0.9 0.8 0.7 0.6 Warunki na występowanie minimum: πdsinθ λ = mπ m = ±1, ±, ±3, 0.5 0.4 0.3 0. 0.1 0-3,47 3 -,46 - -1,43-1 0 1 1,43,46 3 3,47 1

Interferencja szczeliny (doświadczenie Younga) maksimum: d sinα k = kλ k Z, k d λ, d λ minimum: d sinα k = k + 1 λ k Z, k d λ λ, d λ λ 13

Interferencja szczeliny (doświadczenie Younga) E 1 = Ae i kr 1 ωt Interferencja E = Ae i kr E = E 1 + E ωt E = E 1 + E = Ae i kr 1 ωt +Ae i kr ωt = Ae i kr 1 ωt 1 + e ik r = = Ae i kr 1 ωt e ik r/ e ik r/ + e ik r/ = Ae i kr 1 ωt e ik r/ cos k r/ gdzie: k = π λ r = r r 1 = dsinθ 14

Interferencja szczeliny (doświadczenie Younga) Odległość od punktu środkowego między szczelinami do danego punktu na ekranie: r = r 1 + r/ E r, θ = Ae i kr ωt cos πdsinθ/λ I θ = 4I 0 cos πdsinθ/λ natężenie jednej z fal 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0. 0.1 15-5 -0-15 -10-5 0 5 10 15 0 5

Interferencja szczeliny (doświadczenie Younga) Trzeba jeszcze uwzględnić dyfrakcje na pojedynczej szczelinie: I Interferencja dyfrakcja I θ = 4I 0 cos sin β/ πdsinθ/λ I θ = I 0 β/ 4 1 3.5 3.5 1.5 1 0.5 0-0.1-0.08-0.06-0.04-0.0 0 0.0 0.04 0.06 0.08 0.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0. 0.1 0-0.1-0.08-0.06-0.04-0.0 0 0.0 0.04 0.06 0.08 0.1 I θ = 4I 0 cos πdsinθ/λ sin β/ β/ 16

Interferencja szczeliny (doświadczenie Younga) 4 3.5 3.5 1.5 1 0.5 0-0.1-0.08-0.06-0.04-0.0 0 0.0 0.04 0.06 0.08 0.1 17

Interferencja siatka dyfrakcyjna Wzór siatki dyfrakcyjnej: d sin k k k 0, 1,,... d stała siatki k rząd ugięcia, numer wzmocnienia Ponieważ zachodzi: k 1 k 1 czyli: k d d 1 kmax 18

Interferencja siatka dyfrakcyjna Jak policzyć natężenie na ekranie. Podobnie jak dla szczelin: I = INTERFERENCJA DYFRAKCJA na N szczelinach (punktowych) na pojedynczej szczelinie Było liczone dla pojedynczej szczeliny I 0 sin N β/ N sin β/ I 0 sin β/ β/ I θ = sin πndsinθ/λ Nsin πdsinθ/λ sin πdsinθ/λ πdsinθ/λ 19

Interferencja siatka dyfrakcyjna 1 0.9 Da Ia siatka dyfrakcyjna 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0. 0.1 0 0

Interferencja siatka dyfrakcyjna szczelin = szczelin = 3 szczelin = 4 szczelin = 5 szczelin = 6 szczelin = 8 szczelin = 10 szczelin = 15 szczelin = 0 szczelin = 30 szczelin = 50 szczelin = 100 1

Interferencja Klin www.slideshare.net/chinkitkit/chapter-4b-interference

Interferencja Soczewka - pierścienie Newtona 3 www.slideshare.net/chinkitkit/chapter-4b-interference

Interferencja Warstwa antyrefleksyjna n n d = λ 4 n d 4

Interferometry Michelsona Macha-Zehndera Fizeau ilf.fizyka.pw.edu.pl/instrukcje/michelson/ Sagnaca 5 en.wikipedia.org

Interferometry Mirau Fabry-Perot Twymana-Greena 6 en.wikipedia.org