Podstawy Fizyki 2 wykłady sem. letni

Podobne dokumenty

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

Zjawisko interferencji fal

Wykład FIZYKA II. 8. Optyka falowa

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

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

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Dyfrakcja. interferencja światła. dr inż. Romuald Kędzierski

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Badanie zjawisk optycznych przy użyciu zestawu Laser Kit

Zjawisko interferencji fal

Prawa optyki geometrycznej

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Podstawy fizyki wykład 8

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

Wykład III. Interferencja fal świetlnych i zasada Huygensa-Fresnela

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

Zjawisko interferencji fal

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła laserowego

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Interferencja. Dyfrakcja.

Ćwiczenie 4. Doświadczenie interferencyjne Younga. Rys. 1

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

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

Na ostatnim wykładzie

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

Mikroskop teoria Abbego

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

Wykład 16: Optyka falowa

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

Wykład 16: Optyka falowa

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

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

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

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

Rys. 1 Geometria układu.

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

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

ĆWICZENIE 5. HOLOGRAM KLASYCZNY TYPU FRESNELA

Ćwiczenie 9 Y HOLOGRAM. Punkt P(x,y) emituje falę sferyczną o długości, której amplituda zespolona w płaszczyźnie hologramu ma postać U R exp( ikr)

Własności światła laserowego

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

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 5 Interferencyjne pomiary współczynnika załamania. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

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

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

Wstęp do astrofizyki I

Laboratorium Informatyki Optycznej ĆWICZENIE 2. Koherentne korelatory optyczne i hologram Fouriera

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

9. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ

Laboratorium Optyki Falowej

WŁASNOŚCI FAL (c.d.)

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

13. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

Wstęp do astrofizyki I

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Optyka instrumentalna

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

Optyka. Wykład IX Krzysztof Golec-Biernat. Optyka geometryczna. Uniwersytet Rzeszowski, 13 grudnia 2017

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 6. Badanie właściwości hologramów

Wykład FIZYKA II. 7. Optyka geometryczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

ĆWICZENIE 6. Hologram gruby

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

Ćwiczenie H2. Hologram Fresnela

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

ODWZOROWANIE W OŚWIETLENIU KOHERENTNYM

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

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

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

Ćwiczenie 12/13. Komputerowy hologram Fouriera. Wprowadzenie teoretyczne

Fotonika. Plan: Wykład 2: Elementy refrakcyjne i dyfrakcyjne

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Ćwiczenie 11. Wprowadzenie teoretyczne

Wyznaczanie rozmiarów przeszkód i szczelin za pomocą światła laserowego

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

Wykład 27 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

Przedmiot: Fizyka. Światło jako fala. 2016/17, sem. letni 1

Widmo fal elektromagnetycznych

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

Wykład VI Dalekie pole

Laboratorium Informatyki Optycznej ĆWICZENIE 3. Dwuekspozycyjny hologram Fresnela

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Opis matematyczny odbicia światła od zwierciadła kulistego i przejścia światła przez soczewki.

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

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

interferencja, dyspersja, dyfrakcja, okna transmisyjne Interferencja

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

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Rys. 1 Schemat układu obrazującego 2f-2f

Optyka. Wykład XII Krzysztof Golec-Biernat. Dyfrakcja. Laser. Uniwersytet Rzeszowski, 17 stycznia 2018

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

Transkrypt:

Podstawy Fizyki 2 wykłady sem. letni 2015-2016 Fizyka Techniczna Marek Wasiucionek Prezentacja 15 1

Fale kuliste harmoniczne Fale kuliste są rozwiązaniami równania falowego we współrzędnych sferycznych Y, 0 r t exp i t kr r Wektor falowy k jest równoległy do wektora r. Fala rozchodzi się radialnie. W przypadku fal EM: Y E lub B Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 2

Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 3 Superpozycja fal (kulistych) Rozważmy N fal kulistych: Fala wypadkowa wyraża się wzorem: i i i i r k t i r t r i Y exp, 0 Y Y i i i i i i i r k t i r t r t r exp,, 0

Superpozycja nieskończonej liczby fal (kulistych) (o tej samej częstości i liczbie falowej) Rozważmy fal kulistych wytwarzane przez rozciągłe źródło: dy d, 0 r r t exp i t kr Fala wypadkowa wyraża się wzorem: d Y r, t dy r, 0 t exp r i t kr źródło fali źródło fali Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 4

Interferencja i dyfrakcja Interferencja to nakładanie się fal ze skończonej liczby źródeł punktowych Dyfrakcja (ugięcie) to nakładanie się ze źródeł rozciągłych (=nieskończonej liczby żródeł punktowych) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 5

Interferencja i dyfrakcja interferencja dyfrakcja Czoło fali Obiekt policzalna ( niewielka ) liczba nakładających się fal P punkt obserwacji nieskończona liczba nakładających się fal z rozciągłego źródła Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 6

Interferencja fal kulistych z N jednakowych źródeł - wyprowadzenie Fala wypadkowa w punkcie P jest sumą (superpozycją fal kulistych z poszczególnych źródeł: Y r, t Y r, 0 t i t kr n n Warunek L>>Nd pozwala dokonać następujących przybliżeń:: 1:1/r 1 1/r 2... 1/r N 2: r i r 1 +(i-1)dsinq n exp r n 0 ikd sin q 2ikd sin q 1, exp 1 1... N Y r t i t kr e e e r Nikd sin q 0 1 e Yr suma szeregu t exp it kr geometrycznego 1 sin q 1 e, ikd r ikd sin q Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 7

Interferencja fal kulistych z N jednakowych źródeł - wyprowadzenie r 0 r t exp it kr Y Nikd sin q 1 e 1 sin q 1 e, ikd Mnożymy przez wyrażenie: Otrzymujemy: r t 0 exp i t kr Y Natężenie I fali EM jest proporcjonalne do kwadratu modułu Y czyli E) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 8 e e e N N 2 ikd sinq 2 ikd sinq e e N 2ikd sin q N 2 1 2ikd sin q 1 2 1 2 ikd sinq 1 2ikd sinq 1 2 ikd sin q ikd sin q e e, 1 N 2 ikd sin q ikd sin q r r 0 r t exp i t kr Y, 1 N 2 ikd sin q e e e 1 2 ikd sin q e sin sin 2 N sin kd sinq I0 2 I r kdsinq, t I r, t 2 r 2 1 sin kd sinq 2 e N 2 kdsinq 1 2 kd sinq I r 0 2 sin sin 2 2 N 2 1 2

Interferencja - symulacje http://www.falstad.com/ripple/ Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 9

Interferencja z dwóch źródeł (przykłady) Doświadczenie Younga Podwójny pryzmat Fresnela Podwójne zwierciadło Fresnela Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 10

Interferencja z dwóch źródeł (przykłady) Doświadczenie Younga Podwójny pryzmat Fresnela Podwójne zwierciadło Fresnela Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 11

Interferencja fal Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 12

Interferencja = Konstruktywna wszystkie fale w tej samej fazie = Destruktywna w przeciwfazie = Niekoherentna (przypadkowe fazy) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 13

Spójność (koherencja) fal elektromagnetycznych Typowe źródła fal elektromagnetycznych z zakresu widzialnego emitują fale w postaci krótkich (Dt<10-9 s) ciągów falowych. W ramach ciągu fala jest harmoniczna (jest sinusoidą). Fala wypadkowa to nałożenie tych ciągów falowych. W rezultacie nałożenia może powstać fala niespójna (jeśli przesunięcia fazowe między ciągami falowymi są przypadkowe) lub spójna (jeśli to przesunięcie jest stałe fala wypadkowa jest sinusoidą) Dwa promienie są spójne, jeśli mają tę samą długość fali (światło monochromatyczne), amplitudę, stałą w czasie różnicę faz oraz taką samą płaszczyznę polaryzacji, dzięki czemu w wyniku interferencji dają stałe obszary wzmocnienia i osłabienia w postaci prążków interferencyjnych, pierścieni i in. Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 14

Przestrzeń długość koherencji Spójność (koherencja) fal elektromagnetycznych Wyróżniamy dwa pojęcia opisujące spójność: - spójność czasowa - spójność przestrzenna Czas Czas koherencji Inna robocza miara stopnia spójności czasowej: czas koherencji - średni odstęp czasu między zaburzeniami periodyczności fali długość koherencji czas koherencji prędkość światła typowe wartości dł. koherencji laser He-Ne ok. 20 cm lasery 1-modowe 100 m mogą także osiągać ok. 100 km typowa lampa Hg < 1 mm Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 15

Spójność (koherencja) fal elektromagnetycznych Promieniowanie optyczne atomów jest spowodowane przejściem elektronu ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego. Każdemu takiemu przejściu towarzyszy krótki ciąg falowy. Fazy tych ciągów nie są ze sobą skorelowane. Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 16

Spójność (koherencja) fal elektromagnetycznych światło spójne częściowo spójne niespójne internet Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 17

Interferencja fal kulistych z dwóch źródeł punktowych Doświadczenie Younga ok. 1800 L L>>d d-szerokość szczeliny Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 18

Interferencja z dwóch źródeł doświadczenie Younga (1803) Thomas Young 1773-1829 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 19

Interferencja z 2 szczelin hyperphysics Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 20

Interferencja z N szczelin (N=3) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 21

Interferencja z N szczelin (N=5) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 22

Interferencja w cienkich warstwach Różnica dróg optycznych wynosi: Ds = n ABD +l/2 Wzmocnienie zachodzi, gdy Ds jest równa całkowitej wielokrotności długości fali Wygaszenie, gdy Ds jest równa nieparzystej wielokrotności połówki długości fali. Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 23

Interferencja w cienkich warstwach W przypadku cienkich warstw należy (choć rzadko się to robi) uwzględniać nie tylko pojedyncze przejścia i odbicia od granic ośrodków, ale także ich powtórzenia. Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 24

Interferencja w cienkich warstwach - przykłady a) oliwa na kałuży oliwa Woda b) Cienki klin powietrzny a) Pierścienie Newtona Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 25

Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 26

Interferencja w cienkich warstwach Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 27

Interferencja Compact Disc Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 28

Zapis danych na płytach CD/DVD/BluRay l780 nm; IR BR: l405 nm; niebieskie l650 nm; czerwone oe11 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 29

Zapis danych na płytach CD l780 nm; IR Głębokość ok. 90 nm oe11 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 30

Zapisywanie danych na dysku CD Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 31

Odczyt danych z dysków optycznych (CD/DVD/BluRay) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 32

Zapisywanie danych na dyskach optycznych CD/DVD/Blu Ray Ten obrazek z powodów czysto estetycznych porównanie zapisu bitów w postaci zerojedynkowej i pojemności nośnika danych (CD/DVD) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 33

Dyski optyczne CD/DVD/Blu Ray podstawowe parametry użytkowe prehistoria (dla Państwa) źródło: A S van de Nes, J J M Braat and S F Pereira, Rep.Prog. Phys. 69 (2006) 2323 2363 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 34

Dyski optyczne CD/DVD/Blu Ray podstawowe parametry użytkowe zdjęcia ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) źródło: A S van de Nes, J J M Braat and S F Pereira, Rep.Prog. Phys. 69 (2006) 2323 2363 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 35

Interferencja w cienkich warstwach filtr interferencyjny Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 36

Interferencja promieni rentgenowskich na płaszczyznach kryształu Wzmocnienie, gdy spełniony wzór Braggów (zwany niekiedy wzorem Wulffa-Braggów): 2d sin nl Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 37

Interferometr Michelsona (A.Michelson, ur. w Strzelnie Kuj., Nagr.Nobla 1907) Płytka kompensacyjna jest umieszczona, by obie wiązki przebywały w szkle taką samą drogę Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 38

Interferometr Michelsona (A.Michelson, ur. w Strzelnie Kuj., Nagr.Nobla 1907) Zwierciadło ruchome Źródło światła Zwierciadło stałe Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 39

Interferencja interferometr Michelsona (1887) wg Tippler&Llewelyn Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 40

Interferometry przykłady Jamin (Francja) XIX w. Mach-Zehnder XIX w. podział wiązki na 2 promienia przez interferencję w cienkich warstwach szkła. Badania gazów. podział wiązki na 2 promienie przez zwierciadła półprzepuszczalne Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 41

Interferometry przykłady (Mach-Zehnder) Służy do obserwacji najdrobniejszych defektów w przezroczystym obiekcie umieszczonym w jednej z wiązek. Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 42

Interferometr Fabry ego-perota źródło soczewka 1 Fabry-Perot soczewka 2 ekran Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 43

Siatka dyfrakcyjna (transmisyjna) Wzmocnienia fali o długości l, gdy spełniony warunek: Typowa przykładowa liczba szczelin (nacięć, rowków) w siatce dyfrakcyjnej wynosi 1200 mm -1 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 44

Schemat monochromatora opartego na siatce dyfrakcyjnej Fala niemonochromatyczna Szczelina wejściowa Fala monochromatyczna Szczelina wyjściowa Siatka dyfrakcyjna Zwierciadło wklęsłe Obracając siatkę można uzyskać na wyjściu falę monochromatyczną o pożądanej długości fali Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 45

Powłoki przeciwodbiciowe np. MgF 2 Na tym krążku nałożono powłokę przeciwodbiciową l d n 1 n 2 Warunek na d: jesłi n 2 >n 1 2m 1 2 1 n d l 2 jesłi n 2 < n 1 2n 1 d ml Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 46

Dyfrakcja szczelina ekran gdyby fala była strumieniem cząstek tak jest dla fali Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 47

Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 48

Dyfrakcja typu Fraunhofera i typu Fresnela (czytaj Frenela) Dyfrakcja Fraunhofera źródło fali w nieskończoności; ekran także w nieskończoności źródło obiekt ekran Dyfrakcja Fresnela zarówno źródło jak ekran w skończonej odległości od obiektu źródło obiekt ekran Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 49

Dyfrakcja typu Fraunhofera i typu Fresnela Przykład: Dyfrakcja na szczelinie blisko szczeliny obraz Fresnela daleko od szczeliny obraz Fraunhofera Dyfrakcja Fraunhofera jest szczególnym przypadkiem dyfrakcji Fresnela Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 50

Fresnel & Fraunhofer twórcy teorii dyfrakcji Augustin Jean Fresnel Joseph von Fraunhofer 1788-1827 1786-1826 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 51

Dyfrakcja na szczelinie fala Natężenie fali Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 52

Dyfrakcja na szczelinie - wyprowadzenie r 1 D D 0 i t kr A r, t d x r, t e 0 0 D e ikx sin q D 0 1 it kr 1 ikdsin q,, A r t d r t e e 1 r 0 it kr, t e 0 x e 1 r D 1 i /2kDsinq idk sinq ik sinq dx i /2kDsinq i /2 e e r A r 0 it kr r t A e 1 sin kdsinq 1 2 i /2kD q e Dksinq 2 2 1 sin kdsinq 2 kdsinq 2, sin 2 0 r, t 2 2 I r kdsinq natężenie fali rejestrowanej w odl. r pod kątem q Fala wypadkowa w punkcie P jest superpozycją nieskończonej liczby fal cząstkowych emitowanych przez punkty szczeliny. W punkcie P fala cząstkowa emitowana przez odcinek dx szczeliny ma postać: x D Yr, t d r t x x, 0 gdzie: d 0x it kr d x x r, t e r Warunek L>>D uzasadnia przybliżenia: 1) 1/r x 1/r A 2) r x r A +xsinq ponadto: 3) d 0x = 0 (dx/d) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 53 x

Dyfrakcja na szczelinie - wyprowadzenie wąska 1 2 0 r, t c 0 2 2 I r 2 2 1 sin kdsinq 2 kdsinq 2 średnia szeroka szczelina kdsinq I r, t r I 0 2 2 2 2 sin 2 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 54

Dyfrakcja na prostokątnym otworze Centralne maksimum Obraz dyfrakcyjny natężenie fali Obiektprostokątny otwór Symulacje obrazów dyfrakcyjnych (Falstad)!uwaga!-dyfrakcja Fresnela http://www.falstad.com/diffraction/ Gross, Physik III Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 55

dysk (plamka) Airy ego Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 56

Dyfrakcja na otworze kołowym zdjęcie kulki 10 mm przez lunetę (10x) lampa-kulka = 80 m kulka luneta 27 m dysk (plamka) Airy ego Chapt. 3 iffraction Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 57

Dyfrakcja Fraunhofera Obraz dyfrakcyjny dowolnego obiektu składa się z cząstkowych wtórnych fal kulistych emitowanych przez poszczególne punkty małe obszary) przedmiotu Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 58

Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 59

Dyfrakcja i interferencja dwie szczeliny liniowe Groiss, Physik III Obraz na ekranie jest efektem złożenia interferencji z 2 źródeł i dyfrakcji na każdej szczelinie Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 60

Dyfrakcja i interferencja N szczelin liniowych (każda o b.małej szerokości) N=2 N=6 N=3 N=4 N=5 Groiss, Physik III Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 61

Zdolność rozdzielcza przyrządów optycznych Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 62

Zdolność rozdzielcza przyrządów optycznych kryterium Rayleigha Zdolność rozdzielcza danego przyrządu optycznego (lunety, teleskopu, mikroskopu) odzwierciedla możliwości danego przyrządu do rozróżniania szczegółów obserwowanych obiektów. Liczbową miarą tej zdolności jest kryterium Rayleigha (Lorda Rayleigha Nagroda Nobla za odkrycie argonu!). Dwa punkty można odróżnić, jeśli maksimum dyfrakcyjne (przez szczelinę lub otwór kołowy- w zależności od sytuacji) jednego z nich pokrywa się z minimum drugiego. l sin r 1,22 D dla otworu kołowego Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 63

Zdolność rozdzielcza przyrządów optycznych kryterium Rayleigha Dwa punkty można odróżnić, jeśli maksimum dyfrakcyjne (przez szczelinę lub otwór kołowy- w zależności od sytuacji) jednego z nich pokrywa się z minimum drugiego (wykres a). l sin r 1,22 D niebieskie linie obrazy dyfrakcyjne z dwóch blisko leżących punktów po przejściu przez otwór kołowy o średnicy D. Czerwone wypadkowe natężenie b) tych punktów nie da się odróżnić maksimum 2. obrazu leży bliżej niż minimum 1. obrazu Gross, Physik III sin 1,22 Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 64 l D

Dyfrakcja i interferencja dwa otwory kołowe Gross, Physik III Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 65

Dyfrakcja i interferencja inne ważne przypadki Obiekt Obraz dyfrakcyjny Gross, Physik III Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 66

Dyfrakcja extra (absolutnie nieobowiązkowe) internet Fala będąca efektem dyfrakcji fali padającej na obiekt (taki jak np. szczelina, otwór kołowy, otwór prostokątny itp.) jest transformatą Fouriera obiektu tj. fali generowanej w obszarze obiektu. Transformata Fouriera takiej fali (dyfrakcyjnej) jest równoważna matematycznie pierwotnemu obiektowi (obrazowi tego obiektu). Obserwowany obraz obiektu to jednak kwadrat modułu fali dyfrakcyjnej. Jego transformata Fouriera już nie jest ściśle równoważna obiektowi. Ale może być zbliżona do niego (np. efekt Talbota). Efekt Talbota (obrazy rzeczywiste i dyfrakcyjne układu szczelin pojawiają się w regularnych odstępach) Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 67

Dyfrakcja extra płytka strefowa (właściwości skupiające) (nieobowiązkowe) czoła fal płaszczyzna dyfrakcji strefy Fresnela Gross Physik III Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 68

Nature, 1948 W swojej pracy Gabor odnosił się do dużo wcześniejszych idei prof. M.Wolfkego z lat 20 XX w. Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 69

Holografia podstawy (tworzenie hologramu dla przedmiotu nieprzezroczystego) fala przedmiotowa prążki interferencyjne przedmiot fala odniesienia fala rozproszona w różnych miejscach różni się amplitudą i fazą (kształt czoła (frontu) fali jest skomplikowany) klisza fotograficzna (hologram) klisza rejestruje natężenie fali w jakimś czasie. Nie jest wrażliwe na fazę (kształt czoła). Aby tę fazę zanotować na kliszy rejestruje się obraz interferencji fali przedmiotowej z falą odniesienia. Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 70

Holografia podstawy (tworzenie i odtwarzanie hologramu dla przedmiotu nieprzezroczystego) czoło fali przedmiotowej prążki interferencyjne czoło fali obrazu fala odczytująca fala odniesienia klisza fotograficzna (hologram) przepuszczając falę odczytującą (najczęściej taką samą, jak fala użyta przy tworzeniu hologramu) przez hologram odtwarzamy taki sam kształt czoła (i amplitudy) fali, jaki był po oświetleniu przedmiotu czyli odtwarzamy obraz przedmiotu Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 71

Holografia Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 72

Holografia (fourierowska) Tworzenie hologramu Odtwarzanie hologramu Światło spójne (laser) zwierciadło Światło spójne (laser) przedmiot zwierciadło Obraz pozorny Klisza fotograficzna (hologram) Hologram Obraz rzeczywisty Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 73

Holografia na żywo? (CNN interview kampania prezydencka Baracka Obamy 2008) Bardzo drogi eksperyment!!! Dużo kontrowersji!!! http://www.youtube.com/watch?v=v7fq_esmj Ms Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 76

Holografia na żywo? https://www.youtube.com/watch?v=h4mhahb Jgdg Sem. letni 2015-2016 M.Wasiucionek, Podstawy Fizyki 2 prezentacja 15 77