Fale świetlne Charakter elektromagnetyczny, rozchodzenie się zmiennego pola elektromagnetycznego wskutek ruchu ładunków elektrycznych. Elementarne oscylatory – elektrony. Przejście elektronów ze stanów o wyższej energii do stanów o niższej energii. Fale poprzeczne. Obraz fali elektromagnetycznej. Promieniowa- nie świetlne – superpozycja wielu fal elektro- magnetycznych. Względna czułość oka 3*108 m/s 11. Światło

Prędkość fazowa i grupowa W czasie ruchu powierzchni falowej wt-kx=const, różniczkując: dx/dt=vf=w/k – prędkość fazowa – prędkość z jaką przemieszczają się powierzchnie o tej samej fazie. Prędkość z jaką rozchodzi się modulacja – prędkość grupowa: vg=dw/dk, w=kvf;vg=vf+kdvf/dk vg=vf-ldvf/dl – związek dyspersyjny. Dyspersja normalna gdy vf rośnie. 4. Dynamika

Dyfrakcja światła Zjawisko, polegające na uginaniu się promieni świetlnych przechodzących w pobliżu przeszkody (dwa źródła – interferencja, dużo źródeł – dyfrakcja): dyfrakcja Fresnela – gdy źródło lub ekran leżą w skończonej odległości od szczeliny, dyfrakcja Fraunhofera – źródło i ekran leżą w nieskończonej odległości od szczeliny Minima dyfrakcyjne i maksima 11. Światło

Dyfrakcja 11. Światło

Dyfrakcja: grubość ilość szczelin Dyfrakcja – 1 szczelina, a 2 . 2 szczeliny – różne a 3. 2 szczeliny – różne d 4. Różna ilość szczelin 5. Dyfrakcja i interferencja 11. Światło

Siatka dyfrakcyjna Siatka dyfrakcyjna – układ wąskich szczelin (odbiciowa, transmisyjna: amplitudowa, fazowa): wzmocnienia - dsinq=ml, m=0,1,2,3, ... główne maksima. Położenia tych maksimów zależą tylko od stosunku l/d, a nie zależą od liczby szczelin. Położenia minimów: dsinq=kl/N, k=1,2,3... Między dwoma maksimami głównymi występuje N-1 minimów. D=dq/dl=m/dcosq – dyspersja kątowa siatki dyfrakcyjnej, zdolność rozdzielcza, R, siatki dyfrak- cyjnej R=l/Dl – stosunek długości fali do odległości między głównymi maksimami dyfrakcyjnymi. R=mN – zależy od ilości szczelin i od rzędu obserwowanego widma. Obraz dyfrakcyjny uzyskiwany za pomocą siatki o N=6 szczelinach. Ze wzrostem liczby szczelin N maksima główne stają się węższe, a wtórne mniejsze 11. Światło

Interferencja Wzmocnienie: dsinf=kl, k=0, ±1, ±2, ±3,…, osłabienie: dsinf=(k+1/2)l Fale o jednakowych długościach wzmacniają się najsilniej gdy różnica ich dróg optycznych równa jest wielokrotności długości fali, a maksy- malnie osłabiają, gdy różnica ich dróg optycznych jest nieparzystą wielo- krotnością połówek długości fali – interferencja. 11. Fale świetlne

Fale świetlne Bezwzględny współczynnik załamania i droga optyczna Ośrodek Współczynnik załamania światła Powietrze w warunkach normalnych 1,00029 Dwutlenek węgla 1,00045 Woda 1,333 Alkohol etylowy 1,362 CaF2 1,435 Szkło (zwykłe) 1,516 Al2O3 1,772 Diament 2,417 YAG (Y3Al5O12) 1,833 Odbicie i załamanie światła. Zasada Fermata – Światło przebiegając między dwoma punktami wybiera drogę, na przebycie której trzeba zużyć w porównaniu z innymi drogami extremum czasu, zwykle minimum: t=s/v, Ekstremalna wartość czasu związana jest z ekstremalną wartością drogi optycznej: l=ct Prawo odbicia: promień padający, odbity i normalna do powierzchni granicznej leżą w tej samej płaszczyźnie 11. Światło

Odbicie i załamanie światła Kąt padania jest równy kątowi odbicia Prawo załamania (Snelliusa): Stosunek sinusa kata padania do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi bezwzględnego współczynnika załamania światła n2 do n1. 11. Światło

Odbicie i załamanie światła Przy pewnym kącie ag (kat graniczny), kąt b osiągnie wartość 90o i promień załamany będzie się ślizgał po powierzchni granicznej – zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Dyspersja światła – zależność prędkości fali świetlnej od współczynnika załamania ośrodka oraz częstotliwości drgań fali (v=c/n, n=n(n)). Pryzmat. Aberracje: chromatyczna, sferyczna, koma, astygmatyzm, dystorsja. 11. Światło

Dyspersja światła Przyczyną powstawania widma po przejściu światła przez pryzmat jest to, że współczynnik załamania światła jest różny dla różnych długości fali 11. Światło

Polaryzacja światła Polaryzacja światła: za wrażenia wzrokowe odpowiedzialne jest pole elektryczne. Wiązka niespolaryzowana – wypadkowa dwóch fal spolary- zowanych liniowo w kierunkach wzajemnie prostopadłych o przypadkowej różnicy faz, Df≠0 polaryzacja eliptyczna, Df=p/2 kołowa. Polaryzator dichroiczny, odbiciowy, dwójłomny. 11. Światło 12

Sposoby polaryzacji światła 1. Polaroid, polaryzatory, 2. Polaryzacja przez odbicie, 3. Kryształy dwójłomne 4. Polaryzacja przez rozpraszanie 11. Światło

Dwójłomność Rozpraszanie światła Podwójne załamanie (CaCO3) - własności optyczne kryształów zależą od kierunku rozchodzenia się światła. Oś optyczna – Kierunek, w którym światło rozchodzi się z jednakowa prędkością niezależnie od jego polaryzacji. Kryształy dodatnie i ujemne. Dichroizm – jeden z promieni (zw, nzw) jest silniej absorbowany – polaroidy (turmalin). Zjawisko skręcenia polaryzacji światła – materiały optycznie czynne prawo i lewoskrętne. Dwójłomność wymuszona – mechanicznie, elektrycznie (ciało wykazujące właściwości izotropowe pod wpływem wymuszenia staje się anizotropowym). nzw-nnzw=kp; nzw-nnzw=BE2. Rozpraszanie światła Promieniowanie rozproszone, rozpraszanie moleku-larne, prawo Rayleigha – I~l-4R2, kolor nieba – efekt rozpraszania zależy od długości fali i jest intensywniejszy dla fal krótkich. Rozpraszanie geometryczne. 11. Światło

Zjawisko Dopplera w optyce Częstotliwość fali świetlnej odbieranej przez obserwatora zależy od względnej pręd- kości źródła światła i obserwatora (prędkość światła nie zależy od prędkości źródła, nie zależy od układu odniesienia). Przy wzajemnym oddalaniu się źródła i obserwatora (u>0) częstotliwość „widziana” przez obserwatora będzie malała – przesunięcie ku czerwieni, przy zbliżaniu się (u<0) częstotliwość „widziana” będzie rosła – przesunięcie w stronę fioletu: podłużne zjawisko Dopplera Poprzeczne zjawisko Dopplera (f=p/2) zachodzi dla dużego b: 11. Światło

Holografia Moduł wektora pola elektrycznego zmienia się: równanie fali świetlnej, Eo – amplituda. Dwie fale o jednakowej częstotliwości: Otrzymywanie obrazów przestrzennych za pomocą światła spójnego 11. Światło