Optyczne metody badań materiałów 1. Badania makroskopowe (geometria, odkształcenia) – techniki interferometryczne, holografia, elastometria 2. Badania mikroskopowe – badania str. krystalicznej stopów metalurgicznych – anizotropia optyczna, mikroskopia polaryzacyjna – mikroskopia skaningowa bliskiego pola (NFOM) – tomografia optyczna 3. Badania struktury poziomów energetycznych – oddziaływania światła z materią (liniowe i nieliniowe) – optyczne własności materiałów metody badania własności transmisyjnych metody badania własności odbiciowych metody badania rozproszenia światła 4. Materiały optyczne – materiały laserowe i fotoniczne (optoelektronika, optyka nieliniowa, fotonika)

Optyczne własności materiałów L Absorpcja prawo Lamberta-Beera: Rozproszenie światła zależy od odbicia i absorpcji np. przez próbkę z dwiema odbijającymi powierzchniami (ten sam współczynnik R ): Odbicie światła IR=I0R Transmisja

Mechanizm oddziaływania światła z materią światło = fala EM pole magnetyczne pole elektryczne elektron oddz. atomu z polem E (model klasyczny): indukowany moment elektr.: E z

Absorpcja i emisja fotonów Emisja spontaniczna przypadkowe momenty (fazy) emisji różne kierunki rozmyte częstości Emisja wymuszona fazy emisji kierunki emisji częstości emisji Skorelowane z fotonami wymuszającymi !!!

Zespolony współczynnik załamania () 0 -  –/2 /2 n() 1 0 -  –/2 /2 związki Kramersa-Kroniga: wiążą n i 

Współczynniki absorpcji i załamania fala w ośrodku fala padająca  z zmiana amplitudy fali zmiana fazy fali  absorpcja, prawo Lamberta-Beera  zależność prędkości fal, dyspersja, załamanie światła

Spektroskopia transmisyjna/absorcyjna klasyczna metodyka: detektor próbka źródło – lampa spektr. ogranicz. zdoln. rozdz. (szer.instr.) ogr. czułość (droga opt.) spektroskop/ monochromator np. widmo Fraunhoffera  I0   T  ħ Pomiar  wymaga przezroczystego ośrodka ! 

Lasery w spektroskopii klasycznej (liniowej ) 1. Udoskonalenie klasycznych metod dzięki kolimacji i monochromatyczności wiązek laserowych oddziaływania nieliniowe: detektor próbka lampa spektr. spektroskop/ monochromator monochromatyczność  zwiększ. zdolności rozdz. (instr  doppler) detektor próbka laser przestraj.  T   T  0 kolimacja wiązki świetlnej  zwiększ. czułości (drogi opt.) 2. Inne zalety wiązek laserowych  nieliniowa spektroskopia laserowa

(materiały nieprzezroczyste) Widma odbiciowe granica 2 ośrodków (n1 i n2) n1 n2 Ir It I0 gdy   0, np. w powietrzu/próżni, gdy n1=1

Odbicie od metali duża koncentracja swobodnych elektronów  silna absorpcja, silne oscylacje swob. elektronów oscylacje swob. elektronów  z „częstością plazmową” propagacja w głąb metalu silnie osłabiana, różnica faz między polami E i B (inaczej niż w dielektrykach)  zespolona stała dielektryczna i z dużym 

„metaliczny” odblask i kolory metali /p e 0.8 1 2 dla  > p ,  jest rzeczywiste, współcz. odbicia   R /p 1 .5 0.8 1 2 dla  ;  =1, tzn. (minimum plazmowe) brak odbicia, R=0 dla  < p ,  jest urojone, fala zanika wykładniczo i cała energia jest w odbiciu Au Ag Al R 1 .5 0 1 2 3 4 5 ħ [eV] (kompensacja prądów związanych z L i z oscylacjami elektronów)  „metaliczny” odblask i kolory metali