Fala EM w izotropowym ośrodku absorbującym

Podobne dokumenty
Polaryzatory/analizatory

Właściwości optyczne kryształów

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

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

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

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

Optyka Ośrodków Anizotropowych. Wykład wstępny

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

Metody Optyczne w Technice. Wykład 8 Polarymetria

Równanie Fresnela. napisał Michał Wierzbicki

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

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

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

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

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 19, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 19, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 20, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Piotr Targowski i Bernard Ziętek

Pole elektrostatyczne

Teoria sprężystości F Z - F Z

Ciekłe kryształy. - definicja - klasyfikacja - własności - zastosowania

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Piotr Targowski i Bernard Ziętek ZEWNĘTRZNA MODULACJA ŚWIATŁA

Widmo fal elektromagnetycznych

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

Właściwości optyczne kryształów

Właściwości optyczne materiału opisuje się za pomocą:

Piotr Targowski i Bernard Ziętek GENERACJA II HARMONICZNEJ ŚWIATŁA

Elementy optyki relatywistycznej

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

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

IV. Transmisja. /~bezet

KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I FOTONIKI

Fale elektromagnetyczne

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

Polaryzacja chromatyczna


1 Płaska fala elektromagnetyczna

Właściwości optyczne kryształów

podać przykład wielkości fizycznej, która jest iloczynem wektorowym dwóch wektorów.

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki

Materiałoznawstwo optyczne. KRYSZTAŁY Y cz. 2

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 02/08. PIOTR KURZYNOWSKI, Wrocław, PL JAN MASAJADA, Nadolice Wielkie, PL

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

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

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

Równania Maxwella. Wstęp E B H J D

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

Fotonika. Plan: Wykład 3: Polaryzacja światła

Pole elektromagnetyczne. Równania Maxwella

Zagadnienia na egzamin ustny:

Materiał jest podany zwięźle, konsekwentnie stosuje się w całej książce rachunek wektorowy.

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Właściwości kryształów

Wykład 18 Dielektryk w polu elektrycznym

F = e(v B) (2) F = evb (3)

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

Podstawy elektrodynamiki / David J. Griffiths. - wyd. 2, dodr. 3. Warszawa, 2011 Spis treści. Przedmowa 11

Dielektryki. właściwości makroskopowe. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Defi f nicja n aprę r żeń

Fale elektromagnetyczne. Gradient pola. Gradient pola... Gradient pola... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek 2013/14

Wykład FIZYKA II. 8. Optyka falowa

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

GEOFIZYKA STOSOWANA wykład 2. Podstawy sejsmiki

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

Ć W I C Z E N I E N R O-11

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

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

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Przedmowa do wydania drugiego Konwencje i ważniejsze oznaczenia... 13

Fizyka dla Informatyki Stosowanej

Zadanie 1. Wektor naprężenia. Tensor naprężenia. Zależność wektor-tensor.

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Zjawisko piezoelektryczne 1. Wstęp

Równania Maxwella. roth t

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Krystalografia. Symetria a właściwości fizyczne kryształów

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

Badanie właściwości optycznych roztworów.

Podstawy fizyki wykład 7

Podstawy elektromagnetyzmu. Wykład 2. Równania Maxwella

Światłowodowe elementy polaryzacyjne

Spektroskopia modulacyjna

Ćwiczenie nr 13 POLARYZACJA ŚWIATŁA: SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA

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

Efekt Faradaya. Materiały przeznaczone dla studentów Inżynierii Materiałowej w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Podstawy fizyki sezon 2 8. Fale elektromagnetyczne

4.Wprowadzenie do zagadnienia elastooptyki

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

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

BADANIE PRZEJŚĆ FAZOWYCH I WŁAŚCIWOŚCI ELEKTROOPTYCZNYCH CIEKŁYCH KRYSZTAŁÓW.

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

Dźwięk. Cechy dźwięku, natura światła

Ciekłe kryształy. Wykład dla liceów Joanna Janik Uniwersytet Jagielloński

Rozdział 2. Krzywe stożkowe. 2.1 Elipsa. Krzywe stożkowe są zadane ogólnym równaniem kwadratowym na płaszczyźnie

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA STOSOWANA II Liceum Ogólnokształcące im. Adama Asnyka w Bielsku-Białej

Transkrypt:

Fala EM w izotropowym ośrodku absorbującym Fala EM powoduje generację zmienne pole elektryczne E Zmienne co do kierunku i natężenia, Pole E Nie wywołuje w ośrodku prądu elektrycznego Powoduje ruch elektronów Fala EM nie jest pochłaniana Fala EM jest absorbowana przez ośrodek

Fala EM w izotropowym ośrodku absorbującym Przewodnictwo właściwe s nie może być pominięte w równaniu Maxwella Dla dielektryków: Względna przenikalność elektryczna przewodnika

Fala EM w izotropowym ośrodku rozwijając w szereg do dwóch wyrazów absorbującym Współczynnik załamania światła dla przewodnika Liczba falowa dla ośrodka absorbującego Amplituda fali EM przechodząc przez ośrodek absorbujący maleje wykładniczo

Ośrodek izotropowy In Out Ośrodek anizotropowy liniowo In Out

Anizotropia optyczna cecha ośrodka polegająca na zależności jego właściwości optycznych od kierunku propagacji światła (prędkości rozchodzenia się światła, uporządkowanie kierunków drgań w fali świetlnej (dwójłomność). Może mieć różne pochodzenie. Charakteryzowana przez wielkości tensorowe różnych rzędów Jeśli wektor E wywołuje w ośrodku izotropowym prąd elektryczny, to wektor gęstości prądu J: Wektor J i E są do siebie równoległe

Anizotropia optyczna Dla ośrodków anizotropowych: Zakładając, że prąd płynie wzdłuż osi X (Ey = Ez =0) to wówczas prąd popłynąłby również w kierunku y i z. Tym samym wektory J i E nie są do siebie równoległe i mogą tworzyć kąt zależny od właściwości ośrodka.

Anizotropia optyczna zależność wektora indukcji elektrycznej D od natężenia pola elektrycznego E. Tensor dielektryczny Tensor skręcenia Składowa wersora normalnego do czoła fali anizotropia wymuszona: Naprężenia, Odkształcenia, Efekt piezoelektryczny, Efekt elastooptyczny, Efekt Kerra, Efekt Pockelsa, Faradaya, W ośrodku anizotropowym optycznie, w tym samym kierunku mogą się propagować dwie fale (tzw. fale własne) o azymutach różniących się o 90 stopni, przeciwnej eliptyczności i różnych prędkościach fazowych.

Dwójłomność liniowa W ośrodkach dwójłomnych, rownanie nie jest spełnione

Anizotropia optyczna Jeżeli tensor e jest symetryczny, to można wykorzystać go do obliczenia pochodnej czasowej gęstości energii elektrycznej. Główne przenikalności elektryczne Jest to szczególna postać kwadryki zorientowanej zgodnie z osiami x, y, z.

Anizotropia optyczna Dla płaskiej fali świetlnej w liniowo anizotropowym dielektryku: Właściwości: 1. Wektory E,D, S, s leżą w płaszczyźnie prostopadłej do H 2. Wektor E drga prostopadle do kierunku transportu energii, 3. Wektor D jest prostopadły do normalnej s (styczny do czoła fali),

Równania normalnych Fresnela Pozwala wyliczyć prędkości fazowe fal o zadanym kierunku s W postaci kanonicznej:

Równania normalnych Fresnela W zadanym kierunku mogą się rozchodzić dwie fale o różnych prędkościach (fast i slow). Ośrodek będzie miał dwa różne współczynniki załamania dla tych fal, Powyższa forma równania normalnych Fresnela jest nieprzejrzysta i trudna do interpretacji. Elipsoida normalnych pozwala na wygodniejsze interpretowanie wyników.

Elipsoida normalnych

Elipsoida normalnych - wnioski 1. W ośrodku liniowym dwie fale mają ten sam kierunek normalnej s, 2. Duża i mała półoś elipsy odpowiadają zwyczajnemu i nadzwyczajnemu współczynnikowi załamania światła, 3. Wektory D i D obu fal drgają wzdłuż osi elipsy przekroju. 4. Współczynnik załamania nx ma wektor D drgający wzdłuż osi x, 5. Przyjmuje się, że oś z jest równoległa do kierunku drgań wektora Dz gdzie współczynnik załamania wynosi nz

Osie binormalne Ośrodek anizotropowy Dodatni: Ujemny:

Fala w liniowo dwójłomnym dielektryku Dielektryk dwójłomny liniowo o grubości d, fala EM ulega wektorowemu rozkładowi na dwie fale spolaryzowane liniowo, fala własna pierwsza (szybka) i druga (wolna) tylko one mogą się propagować w ośrodku, Superpozycja następuje dopiero po wyjściu z ośrodka fal własnych,

Obliczanie dwójłomności Przybliżone rozwiązanie: Gdzie:

Obliczanie dwójłomności Rozwiązanie dokładne:

Fala EM w liniowo dwójłomnym ośrodku absorbującym Równanie Fresnela Pleochroizm: zjawisko zmiany barwy światła wychodzącego z ośrodka, Każda z fal jest pochłaniana według innej krzywej absorpcji. (dichroizm i trichroizm)

Pleochroizm Wstawiając do równania Fresnela: Współczynnik pochłaniania

Dwójłomność wymuszona

Dwójłomność wymuszona

Dwójłomność wymuszona Elipsoida współczynników załamania Gdzie: Czynnik zewnętrzny (pole elektryczne, magnetyczne, ciepło, naprężenia) powoduje zmianę kształtu i orientacji przestrzennej elipsoidy, ale dalej będzie to elipsoida

Dwójłomność wymuszona Zewnętrzny czynnik fizyczny Tensor współczynników załamania można uprościć na podstawie jego symetrii

Zjawiska piezooptyczne i elastooptyczne Fotosprężystość, Dwójłomność generowana przez naprężenia lub odkształcenia, Przyrosty można zdefiniować jako: Gdzie: (i, j, k,l = x, y, z) s tensor naprężeń

Zjawiska piezooptyczne i elastooptyczne k wskaźnik do której osi jest równoległa siła Fk, l wskaźnik do której osi jest prostopadła płaszczyzna na którą działa siła Fk

Zjawiska piezooptyczne i elastooptyczne Efekt elastooptyczny zmiana dwójłomności wskutek odkształceń ośrodka, - Składowe tensora elastooptycznego - Składowe tensora odkształceń

Zjawiska piezooptyczne i elastooptyczne Tensor naprężeń i odkształceń są wzajemnie zależne (Prawo Hooke a):

Obliczanie dwójłomności naprężonego kryształu Kryształ izotropowy lub z układu regularnego (klasa 43m)

Obliczanie dwójłomności naprężonego kryształu Elipsoida normalnych będzie opisana jako: Ze względu na regularność ośrodka: Bxx = Byy = Bzz = B Zakładamy, że fala biegnie zdłuż osi z: (zatem elipsa współczynników załamania) Stałe materiałowe

Obliczanie dwójłomności naprężonego kryształu Posługując się pojęciem stałej piezooptycznej: Zapisując to dla odkształceń normalnych dostajemy wynik: Stała elastooptyczna

Efekt elektrooptyczny Zewnętrzne pole elektryczne wpływać może na zmianę dwójłomności ośrodków Wsp. Załamania dla E=0 Stałe dla danej długości fali świetlnej Efekt Pockelsa. Kryształy bez środka symetrii Efekt Kerra. Ośrodki izotropowe, lub posiadające środek symetrii

Efekt Pockelsa Tensor optyczny związany z tensorem elektrooptycznym Kryształ ADP (kwaśny fosforan amonu, układ tetragonalny, klasa 42m) ośrodek jednoosiowy, - Pole elektryczne w kierunku osi z, -Fala świetlna też skierowana wzdłuż osi z (podłużny efekt Pockelsa)

Efekt Pockelsa Tylko DB6 jest niezerowy Elipsoida współczynników załamania ma postać: (bo fala świetlna biegnie wzdłuż osi z)

Efekt Pockelsa Stosujemy transformację do układu x, y obróconego o kąt 45 względem x, y.

Efekt Pockelsa Komórka Pockelsa - Zmiania dwójłomność ośrodka pod wpływem pola elektrycznego, - Umożliwia modulację napięciową i czasową różnicy faz między falami własnymi ośrodka, - Występuje efekt poprzeczny i podłużny,

Efekt Kerra W ogólności potęgi wyższe od 2 można pominąć ze względu na małą rolę, występuje o ośrodkach o dowolnej symetrii, dla ośrodków izotropowych (szkła, ciecze) pole E wymusza dwójłomność z osią optyczną wzdłuż kierunku pola i kwadratową zależnością od pola, Regulowana płytka fazowa,

Efekt Kerra Obliczenie kwadratowego efektu elektrooptycznego Kryształ układu regularnego (ośrodek niedwójłomny) lub izotropowy, Pole E działa wzdłuż osi z,

Efekt Kerra Elipsoida normalnych przybierze postać: Powstaje ośrodek jednoosiowy, z osią binormalną wzdłuż osi z

Efekt Kerra