Vlnová optika. Doplnkové materiály k prednáškam z Fyziky III pre EF Dušan PUDIŠ (2010)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Vlnová optika. Doplnkové materiály k prednáškam z Fyziky III pre EF Dušan PUDIŠ (2010)"

Ἕκτωρ Σερπετζόγλου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Vlnová optika Fyzikálna podstata svetla. Svetlo ako elektromagnetické vlnenie. Základné zákony geometrickej optiky. Inde lomu. Fermatov princíp. Snellov zákon. Ohyb svetla na jednoduchej štrbine a na mriežke. Doplnkové materiály k prednáškam z Fyziky III pre EF Dušan PUDIŠ (00)

uhol) Frequency (THz) (0 Hz) Spektrálna citlivosť oka na denné svetlo (farebné videnie) Red 780-6

2 Viditeľné spektrum elektromagnetického žiarenia Komorové oko človeka (vysoká rozlišovacia schopnosť, malý uhol) Colour Wavelength (nm) Zložené oko hmyzu (malá rozlišovacia schopnosť, dobrý uhol) Frequency (THz) (0 Hz) Spektrálna citlivosť oka na denné svetlo (farebné videnie) Red Orange Yellow Green Blue Violet

) - 3 druhy citlivé na rôzne farby (modrofialová, zelená, žlto-červená) Tyčinky a čapíky sú rozptýlené po sietnici vo

3 Oko farebné videnie 3 sietnica - tyčinky - vysoká citlivosť na svetlo, nerozoznávajú farby - čapíky - menšia citlivosť na svetlo, rozoznávajú farby (5-7 mil.) - 3 druhy citlivé na rôzne farby (modrofialová, zelená, žlto-červená) Tyčinky a čapíky sú rozptýlené po sietnici vo vzdialenosti 0,005mm, čo limituje rozlišovaciu schopnosť oka. Najväčšia hustota čapíkov je v okolí tzv. žltej škvrny, ktorá je zhruba v optickej osi oka. Adaptácia oka svetlo-tma 3-0min. a tma svetlo -min.

4 Základné zákony geometrickej optiky 4 Geometrická optika náuka o optickom zobrazovaní Rovina dopadu Čiara, pozdĺž ktorej sa šíri energia svetla je svetelný lúč. Z bodové zdroja vychádzajú rozbiehavé - divergentné lúče. Zákon priamočiareho šírenia sa svetla: Vo vákuu a v homogénnom prostredí sú svetelné lúče priamky. Zákon nezávislosti svetelných lúčov: Tým istým bodom môže prechádzať viac lúčov, ktoré sa navzájom neovplyvňujú. Zákon odrazu svetla: Pri odraze zostáva lúč v rovine dopadu a zviera s kolmicou uhol odrazu α rovný uhlu dopadu α. Zákon lomu svetla: Pri lome zostáva lúč v rovine dopadu a zviera sa kolmicou uhol lomu α 3. Medzi uhlom dopadu a lomu platí Snellov zákon.

5 Fermatov princíp, Snellov zákon 5 Svetelný lúč prechádzajúci z miesta A do miesta B sa šíri tak, aby čas prechodu bol minimálny. čas potrebný na prechod z A do B y ( d ) t v v n y c y y ( d )( ) ( d ) dt n 0 d c n y n sinα n sin β sinα sin β n n n( d ) ( d ) y Snellov zákon sinα sin β d y A y ( d ) y α α β d- y B n n

6 Inde lomu 6 V reálnom prostredí je rýchlosť svetla menšia ako vo vákuu v < c εµ c n v n f (λ) n červená < n mod rá Závislosť indeu lomu od vlnovej dĺžky je disperzia Inde lomu niektorých látok pre vlnovú dĺžku λ589 nm Vodík.0003 Voda.333 Diamant.47

7 Kritický uhol, totálny odraz 7 Pri prechode lúča z opticky hustejšieho do opticky redšieho prostredia sa lúč láme od kolmice. Platí Snellov zákon: n n sin β sinα Zväčšovaním uhla dopadu narastá aj uhol lomu. Pri istej hodnote uhla dopadu, ktorý sa nazýva kritický uhol, lúč neprejde rozhraním. α o α 90 ; sinα n β kr n arcsin n β kr n Pre uhly väčšia ako je kritický uhol dochádza k tzv. totálnemu odrazu (refleii) β

8 Vedenie svetla v optických vláknach 8 primárna ochrana plášť jadro Rez optickým vláknom pre telekomunikačné aplikácie. Priemer plášťa je ~00-50µm a priemer jadra ~0µm. Rozdiel indeu lomu medzi plášťom a jadrom asi 5 tisícin. Šírenie sa svetla optickým vláknom na princípe úplného odrazu na rozhraní dvoch prostredí s rozdielnym indeom lomu.

Dôsledky Fermatovho princípu - disperzia

9 Dôsledky Fermatovho princípu - disperzia svetla 9 Príklady: Prechod svetla hranolom (posunutie dráhy lúča) Zdanlivý obraz svetla za horizontom Fatamorgána Disperzia svetla V dôsledku disperzie sa rozkladá svetlo na optickom hranole Vznik dúhy na vodných kvapkách

10 Teória dúhy 0

11 Ohyb svetla na mriežke d... mriežková konštanta N d N... počet vrypov na dĺžkovú jednotku AC d sinα n λ d sinα B A C d α n,, 3,... n... rád maima d α B A C α V prípade bieleho svetla je v priamom smere maimum nultého rádu. Fialová časť spektra je najbližšie k nultému rádu.

12 Interferencia svetla () θ Ε Ε Interferencia elektromagnetického vlnenia vzniká za rovnakých podmienok ako mechanického vlnenia. Zdroje vlnenia musia byť koherentné (rovnaká frekvencia) cos( t k) ( t kr) E(, y, z, t) a ω rovinná vlna E( r, t) a cos ω guľová vlna od bodového zdroja Z Z P { a ep ( i φ ) ep( i ω ) } E(, y, z, t) Re t { Aep( iω )} E(, y, z, t) Re t kde A je komplená amplitúda A a ep A A A ( iφ) A A a ( i ) ( i ) ep φ a ep φ ( )( * * A A A A ) I A

13 Interferencia svetla () 3 ( )( * * A A A A ) I A I * * A A A A A I A Λ I I I II cos( φ φ) I ma I I II I min I I II I I I I I I I 0 ma I I II 4 ma V prípade rovnakej fázy dostávame konštruktívnu interferenciu, resp. v prípade opačnej deštruktívnu. Λ λ sin θ Perióda interferenčného poľa

14 Príklady interferencie 4 Jednonásobné osvetlenie Dvojnásobné osvetlenie 90 Trojnásobné osvetlenie 60, 0 Reálne štruktúry pripravené interferenciou

15 Hyugensov princíp 5 Huygensov princíp - Christian Huygens (69 695) - princíp skladania svetelnej vlnoplochy pomocou guľových vĺn. Podľa tohto princípu sa svetelná vlnoplocha A šíri priestorom tak, že každý bod vlnoplochy sa stáva elementárnym zdrojom žiarenia vysiela elementárnu guľovú vlnu. Vhodným poskladaním vzniká nová vlnoplocha B. Z r 0 r P Amplitúda vlny vo vzdialenosti r 0 od zdroja ep( ikr ) 0 A A0 r0 Príspevok plošného elementu v bode P di( P) K ep( ikr) r ep( ikr) r K... Koeficient sekundárneho vlnenia závislý od difrakčného uhla

Σχετικά έγγραφα

Geometrická a fyzikálna optika

Geometrická a fyzikálna optika Geometrická a fyzikála optika Fyzikála podstata svetla. Svetlo ako elektromagetické vleie. Základé zákoy geometrickej optiky. Idex lomu. Fermatov pricíp. Sellov záko. Ohyb svetla a jedoduchej štrbie a