Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 14, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

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

Fizyka Laserów wykład 5. Czesław Radzewicz

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

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

Optyka instrumentalna

Równania Maxwella. Wstęp E B H J D

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

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

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

Promieniowanie dipolowe

Fotonika. Plan: Wykład 9: Interferencja w układach warstwowych

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

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

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

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

Zginanie Proste Równomierne Belki

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

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 6, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

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

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 8, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Różne reżimy dyfrakcji

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 7, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Elektrostatyka. Potencjał pola elektrycznego Prawo Gaussa

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

Równania Maxwella. roth t

Optyka wiązek - Wiązka Gaussowska

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

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 16, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

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

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Funkcje pola we współrzędnych krzywoliniowych cd.

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

Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 1.

Dodawanie i mnożenie liczb zespolonych są działaniami wewnętrznymi tzn., że ich wynikiem jest liczba zespolona.

Elektrodynamika Część 2 Specjalne metody elektrostatyki Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

J. Szantyr - Wykład 3 Równowaga płynu

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

Rys. 1 Pole dyfrakcyjne obiektu wejściowego. Rys. 2 Obiekt quasi-periodyczny.

Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 5, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Fotonika. Plan: Wykład 3: Polaryzacja światła

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 9, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Wyznaczanie parametro w wiązki gaussowskiej

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

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

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

Wykład 12: prowadzenie światła

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

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

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Elektrostatyka, cz. 1

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

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

Równanie Schrödingera

Równanie Schrödingera dla elektronu w atomie wodoru Równanie niezależne od czasu w trzech wymiarach współrzędne prostokątne

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

Prawa optyki geometrycznej

R n jako przestrzeń afiniczna

Solitony i zjawiska nieliniowe we włóknach optycznych

Ośrodki dielektryczne optycznie nieliniowe

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

Pole magnetyczne magnesu w kształcie kuli

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

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

Katedra Geotechniki i Budownictwa Drogowego. WYDZIAŁ NAUK TECHNICZNYCH Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Wstęp do astrofizyki I

Ważną rolę odgrywają tzw. funkcje harmoniczne. Przyjmujemy następującą definicję. u = 0, (6.1) jest operatorem Laplace a. (x,y)

Def. MO Optyczne elementy o strukturze submm lub subμm, produkowane głównie metodami litograficznymi

Równania Maxwella i równanie falowe

Piotr Targowski i Bernard Ziętek WYZNACZANIE MACIERZY [ABCD] UKŁADU OPTYCZNEGO BADANIE WIĄZKI GAUSSOWSKIEJ

Układy równań - Przykłady

Fizyka 2 Wróbel Wojciech

1 Płaska fala elektromagnetyczna

TECHNIKI OBSERWACYJNE ORAZ METODY REDUKCJI DANYCH

IV. Transmisja. /~bezet

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

Ćwiczenie 2. Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje. Wprowadzenie teoretyczne

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu

Pole elektrostatyczne

Przykład 6.3. Uogólnione prawo Hooke a

Fizyka, II rok FS, FiTKE, IS Równania różniczkowe i całkowe, Zestaw 2a

Wykład 14: Indukcja cz.2.

Fale elektromagnetyczne

Podstawy fizyki wykład 8

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

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

Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje.

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Pojemność elektryczna, Kondensatory Energia elektryczna

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Propagacja w przestrzeni swobodnej (dyfrakcja)

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

cz.2 Dr inż. Zbigniew Szklarski Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok.321

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

ĘŚCIOWO KOHERENTNYM. τ), gdzie Γ(r 1. oznacza centralną częstotliwość promieniowania quasi-monochromatycznego.

Transkrypt:

Podstawy Fiyki IV Optyka elementami fiyki współcesnej wykład 4, 30.03.0 wykład: pokay: ćwicenia: Cesław Radewic Radosław Chrapkiewic, Filip Oimek Ernest Grodner

Wykład 3 - prypomnienie płasko-równoległy interferometr Fabry-Perot amplituda i faa fali prechodącej transmisja natężenia reonanse finesse interferometr F-P jako filtr spektralny, dolność rodielca, FSR siatka dyfrakcyjna wór siatkowy, rędy ugięcia dyspersja kątowa, dolność rodielca, FSR dyspersja kątowa prymatu spektrometry: prymatycny, siatkowy dudnienia, ultrakrótkie impulsy jako wynik składania cęstości harmonicnych

Superpoycja wielu fal płaskich momochrom. 0 Pryjmijmy D gaussowki rokład w płascyźnie k x k y A k x, k y = A 0 e k x i policmy pole w = 0 E x, y, 0 = π +k y σ dk x dk y E k x, k y = A 0 π E k x, k y = A k x, k y e i k xx+k y y+k wektor falowy pojedyncej fali charakteryujemy podająck x ora k y ; trecią składową licymy e wiąku dyspersyjnego k = k x + k y + k = n ω dk x dk y e k x +k y σ c +i k x x+k y y Korystamy lematu Siegmana dy e Ay By = π A eb A dla ReA > 0 i licymy pole E x, y, 0 = A 0 σ e σ x +y 4 = A 0 σ e σr 4

superpo. wielu fal wiąka gaussowska. E k x, k y, = A k x, k y e i k xx+k y y+k k x Dla gaussowskiego rokładu składowych pola w 0 mamy E x, y, = dk π x dk y E k x, k y, = = A 0 π = A 0 π eik = A 0 π eik E k x, k y = A k x, k y e i k xx+k y y+k = 0 dk x dk y dk x dk y dk x dk y e k x +k y σ +i k x x+k y y+k k x +k y k = e σ+ik k x +k y +i kx x+k y y = e k x +k y σ +i k x x+k y y A σ r = 0 σ e 4 prybliżenie pryosiowe: k x + k y k daje k = k k x k y k k x +k y co skutkuje polem k +k y k E x, y, = A 0 σ e σ r 4 = A 0 σ e Re σ r 4 gauss i Im σ r 4 gdie espolony parametr σ jest definiowany równością σ = + i σ k paraboloida=sfera

fala parabolicna r-nie falowe w ośrodku jednorodnym, iotropowym dielektryku n E r, t = 0 c daje, pry ałożeniu fali monochromatycnej E r, t = A r e iωt, równanie Helmholta + k A r = 0 e wiąkiem dyspersyjnym k = n ω c Jeśli roważamy pole skalarne A r to + k A r = 0 y x Fala sferycna A r = A 0 r e ikr, r = r w prybliżeniu pryosiowym r = x + y + x + y ma postać A r A 0 e ik e ik x +y x + y Ponieważ równanie x +y = const opisuje paraboloidę obrotową to falę taką naywamy falą parabolicną

pryosiowe r-nie Helmholta, Laplasjan w r-niu Helmholta + k A r = 0 wygodnie jest podielić na cęść poprecną ora osiową : = x + y + = T +, T= x + y Wprowadamy wolnomienną obwiednię fali ψ x, y, taką, że A r = ψ x, y, e ik i różnickujemy po A = ψ e ik ikψe ik = ψ ψ ik k ψ e ik W prybliżeniu pryosiowym dowód: ψ ds = ψ ds S S ψ + λ ψ ψ + ψ λ λ ψ ψ k π ψ ψ k ψ co daje r-nie Helmholta T ψ ik ψ = 0 wolnomienna obwiednia ψ k π ψ

T ψ ik ψ = 0 Wstawmy falę parabolicną ψ x, y, A 0 pryosiowe r-nie Helmholta, e ikx+y Rachunki : fala parabolicna spełnia r-nie Helmholta w wersji pryosiowej spróbujmy cegoś bardiej ogólnego : ψ x, y, A 0 q e ik x +y q, q = + a ψ + ψ = x y ik ψ = k i k x +y q q 3 k i k x +y q q 3 A 0 e ik x +y q A 0 e ik x +y q też spełnia pryosiowe r-nie Helmholta E x, y, = A σ r 0 σ e ik e 4 + i σ = σ k E x, y, = A 0 q() e ik e ik x +y q() q = i 0 + wiąka gaussowska

wiąka gaussowska- inne podejście Startujemy pryosiowego r-nia Helmholta: T ψ ik ψ = 0. postulujemy symetrię cylindrycną T = r r r r. Postulujemy kr i P + ψ = e q() 3. Pracowicie różnickujemy i wstawiamy do r-nia Helmholta k q () dq d r k dp d + i q() ψ = 0 dq d = 0 q = q 0 + w = 0 mamy ψ = e ip(0) stąd q 0 = i 0 ikr e q0 dp d + i q() = 0 e ip = + / 0 e iarctan / 0 A x, y, = A 0 ψ(x, y, )e ik = A 0 + / 0 e i k+arctan / 0 e ikr i 0 +

wiąka gaussowska trochę porądków w rachunkach: A x, y, = A 0 ψ(x, y, )e ik = A 0 + / 0 e i k+arctan / 0 e ikr i 0 + pryjryjmy się wyrażeniu i i 0 + = atem + 0 i 0 + 0 ikr = k 0r kr i 0 + + i = 0 + 0 r w kr i R() dwa nowe parametry to w() ora R() są definiowane r-niami w = + 0 k 0 = λ 0 πn + / 0 R = + 0 = + / 0 w() i R() definiują parametr q wiąki gaussowskiej: q() = R() i λ πw ()

wiąka gaussowska własności, Natężenie I = A(x, y, ) = A 0 w 0 w() e r w () w - promień wiąki na poiomie /e w = λ 0 πn + / 0 = w 0 + / 0 lim w = w 0/ 0, kąt robieżności Θ = w 0 = λ 0 πnw 0 gdie w 0 = w 0 = λ 0 πn to tw. talia (prewężenie) wiąki asięg Rayleigha: 0 w 0 = w 0

wiąka gaussowska własności, Natężenie I = A(x, y, ) = A 0 w 0 w() e r w () natężenie na osi: I 0,0, = I 0 + / 0 I(0,0, ) / I / 0 moc wiąki: P = 0 I r, πrdr % mocy na kole o promieniu r 0 P r 0 0 I r, πrdr w0 = e r 0 = I 0πw 0 0 0

wiąka gaussowska własności, 3 r ik fronty falowe: A x, y, e R() fronty falowe są parabolicne=sferycne a promień sfery to R = + 0 = + / 0 minimalna wartość krywiny frontu falowego to R 0 = 0 a asymptota lim R = konwencja naków!

wiąka gaussowska- własności 4 faa na osi A x, y, e i k+arctan / 0 faa fali płaskiej faa Guoya arctan / 0

wiąki Gaussa-Hermita, Wiąka Gaussa: A G x, y, = A 0 q() e ik e ik x +y q() rowiąanie próbne dla sersej klasy wiąek: A x, y, = X u Y(v)e il() A G x, y,, u = x w(), v = spełnia warunki y w() amplituda wiąki: X x w() Y y w() x w +y 0 w() e w () kstałt frontów falowych jak w wiące gaussowskiej rowiąanie próbne wstawiamy do pryosiowego r-nia Helmholta X X u X u u + Y Y v Y v v + kw L x = 0 μ μ μ + μ

wiąki Gaussa-Hermita, 3 r-nia: X X u + u = μ u X Y Y v + v = μ v Y w L x = μ + μ X, Y - wielomiany Hermita H l, H m Rekurencyjna definicja wielomianu Hermita H l+ u = uh l u lh l u H 0 u =, H u = u L = l + m arctan / 0 mody TEM lm TEM 0 TEM

parametr M wiąki W prewężeniu wiąki wynacamy jest romiary σ x = x I x,y,0 dxdy I x,y,0 dxdy, σ y = y I x,y,0 dxdy I x,y,0 dxdy Fakt: w dalekim polu rokład natężenia achowuje kstałt a romiary wiąki rosną liniowo odległością od prewężenia I x, y, M = M I(x, y, ) dięki cemu kąty robieżności wiąki w dalekim polu są dobre definiowane i możemy policyć ich wariancje Θ x = lim Θ x I Θx,Θ y, dθ x dθ y I Θ x,θ y, dθ x dθ y, Θ y = lim Θ y I Θx,Θ y, dθ x dθ y I Θ x,θ y, dθ x dθ y dla wiąki gaussowskiej σ x = σ y = σ G = w 0 Θ x = Θ y = Θ G = w 0 / 0 a ilocyn σ G Θ G = λ/π jest najmniejsy dla każdej innej wiąki o danych σ i Θ M = σθ > σ G Θ G

wiąka gaussowska i socewka cyli cienka socewka skupiająca R R = f = R R f Jednoceśnie w = w Możemy policyć parametr q wiąki a socewką = q R i λ πw q f = R i λ πw f = R 0, R 0 Prykład: prewężenie wiąki o danym 0 w predniej płascyźnie ogniskowej q = i 0 + f bo obowiąuje formuła q + d = q + d = = q q q f i 0 +f f = f + i f 0 W tylnej płascyźnie ogniskowej socewki mamy q 3 = q + f = i f 0 - urojony parametr q onaca prewężenie q 3 = i 03 = f 0 w 0 w 03 = λ 0 πn λ 03 = λ 0 03 = λf πn π n πn

propagacja w.g. q() = i 0 + 0 0 d pusta prestreń: q = i 0 + = i 0 + + d = q + d Macier ABCD dla swobodnej propagacji to A B C D = d 0 Zatem q = Aq + B Cq + D ogólne prawo ABCD dla wiąek gaussowskich q = Aq +B Cq +D cienka socewka skupiająca o ogniskowej f = q q f Macier ABCD socewki A B C D = 0 f Zatem = = f q q q f fq cyli nowu = f q + = Cq +D q +0 Aq +B q = Aq + B Cq + D

propagacja w.g.; prykład cienka socewka skupiająca, prewężenie wiąki wejściowej na socewce macier układu A B C D = d 0 0 f w płascyźnie q = i 0, = i q 0 = d/f d f Prekstałcamy prawo ABCD dla wiąek gaussowskich do postaci = D q Co daje q = q +C B q +A q f d q + d f rachunki = R i R = d/ 0 + d/f d 0 /f d/f λ πw w = w d/f + d/ 0 warunek na prewężenie f R = d = + f/ 0 romiar wiąki w płascyźnie ogniskowej f w = w = f λ 0 πw 0 d