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

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

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

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Podstawy fizyki wykład 8

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Prawa optyki geometrycznej

Badanie właściwości optycznych roztworów.

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Widmo fal elektromagnetycznych

Ćwiczenie 373. Wyznaczanie stężenia roztworu cukru za pomocą polarymetru. Długość rurki, l [dm] Zdolność skręcająca a. Stężenie roztworu II d.

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Falowa natura światła

Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

Polaryzatory/analizatory

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

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

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

Metody Optyczne w Technice. Wykład 8 Polarymetria

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Fizyka elektryczność i magnetyzm

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

Wykład 16: Optyka falowa

Wykład 16: Optyka falowa

Fizyka dla Informatyki Stosowanej

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

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

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

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

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

Podstawy fizyki sezon 2 8. Fale elektromagnetyczne

Ćwiczenie nr 6. Zjawiska elektrooptyczne Sprawdzanie prawa Malusa, badanie komórki Pockelsa i Kerra

ŚWIATŁO. Czym jest światło? 8.1. Elementy optyki geometrycznej odbicie, załamanie światła

Ćwiczenia z mikroskopii optycznej

Fala EM w izotropowym ośrodku absorbującym

Wykład 24. Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią. Polaryzacja światła.

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

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

Ćwiczenie nr 13 POLARYZACJA ŚWIATŁA: SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA

Elementy optyki geometrycznej i optyki falowej

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach (PF13)

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

ŚWIATŁO I JEGO ROLA W PRZYRODZIE

Własności optyczne materii. Jak zachowuje się światło w zetknięciu z materią?

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

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

POMIAR NATURALNEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

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

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

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

Elementy optyki geometrycznej i optyki falowej

Agata Saternus piątek Dwójłomność kryształów, dwójłomność światłowodów, dwójłomność próżni (z ang. vacuum birefringence)

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

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

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Wyróżniamy zwierciadła kuliste:

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Wykład XI. Optyka geometryczna

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

OPTYKA W INSTRUMENTACH GEODEZYJNYCH

Elementy optyki relatywistycznej

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. DWÓJŁOMNOŚĆ MIKI

2.1 Dyfrakcja i interferencja światła Dyfrakcja światła. Zasada Huygensa

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

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

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ


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

Polaryzacja chromatyczna

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

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

SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

Wyznaczanie wartości współczynnika załamania

ĆWICZENIE 47 POLARYZACJA. Wstęp.

Ć W I C Z E N I E N R O-11

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

REZONANSY : IDENTYFIKACJA WŁAŚCIWOŚCI PRZEZ ANALIZĘ FAL PARCJALNYCH, WYKRESY ARGANDA

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

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Wykład FIZYKA II. 8. Optyka falowa

Fale elektromagnetyczne. Obrazy.

FIZYKA KLASA III GIMNAZJUM

Równania Maxwella. roth t

MGR 10. Ćw. 1. Badanie polaryzacji światła 2. Wyznaczanie długości fal świetlnych 3. Pokaz zmiany długości fali świetlnej przy użyciu lasera.

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Szczegółowe kryteria oceniania z fizyki w gimnazjum. kl. III

+OPTYKA 3.stacjapogody.waw.pl K.M.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Zjawisko interferencji fal

Transkrypt:

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 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

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 0 310 8 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

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

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 1 2 48 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) 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. 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 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. 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

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. 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) 2 4 2 4 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. 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)

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.

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 (kamera cyfrowa DXM 1200) okular tubus analizator promień zwyczajny EPIoświetlacz źródło światła kryształ dwójłomny polaryzator fokus (ostrość) obiektyw okrągły stolik obrotowy statyw mikroskopu

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

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).

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.

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)