Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

Átírás

1 Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal Radiometriai alapfogalmak Kisugárzott felületi teljesítmény Besugárzott felületi teljesítmény A fény kölcsönhatása az anyaggal 1. M ΔP W ΔA m 2 E be ΔP W ΔA m 2 Radiomatriai alapfogalmak Energiaáram sűrűség v. intenzitás A fény kölcsönhatása az anyaggal visszaverődés törés szórás elnyelődés J E ΔI E W ΔA m 2

2 Fénytörés Ismétlés: Fermat-elv a legrövidebb időről Határszög teljes visszaverődés n 1 α n 1 < n 2 n 1 α90 ο n 2 Snellius Descartes törvény β α > β sin α c sin β c n 1 2 n 21 2 n1 n 2 β határ β > β határ Fehér fény felbontása Optikai szál Példák a fogorvosi alkalmazásra Pl. n mag 1,458 mag köpeny n köpeny 1,440 burkolat mag köpeny

3 Példák az orvosi alkalmazásra Leképezés: egy pont leképezése során a pontból kiinduló fénysugarakat egy másik pontban gyűjtjük össze Vékony gömbi lencsék képalkotása Geometriai optika Optikai lencsék származtatása gömbfelületekből Colonoszkópia Bronchoszkópia Vékony gömbi lencsék képalkotása A mikroszkópi képalkotás - ahogy a geometriai optika látja f obj f obj f ok K közbülső, valódi kép f ok a tárgy valódi képe a retinán T tárgy T' K' látszólagos kép objektív okulár szem a tisztánlátás távolsága (kb. 25 cm) Kép szerkesztése a nevezetes sugarak segítségével K k N T t D 1 f lencsetörvény 1 + t 1 k 1 1 ( n 1) + r1 r 2 D törőerősség (dioptria): a méterben kifejezett fókusztávolság reciproka A keletkezett kép nagyított fordított állású látszólagos N N 1 N 2

4 Nagyítás vs Feloldás Nagyítás vs Feloldás A mikroszkópi képalkotás hullámoptikai alapjai Young kísérlet Huygens-elv Mi az oka a feloldóképesség határának? Hol vannak a maximum helyek? Pozitív interferencia A rácspontoktól - azonos távolságra vagy - éppen λ-nyi útkülönbséggel

5 Young kísérlet Fényelhajlás a mikroszkópi tárgyon Megvilágító párhuzamos fénysugarak λ d 0,61 n sin Θ Feloldási határ ~ 200 nm δ d sinθ k λ λ d nsin Θ tárgy fókuszsík képsík ABBE-ELV: Egy optikai rendszer csak azokat a tárgyrészleteket képes felbontani, amelyeken elhajlott sugarak közül a direkt sugarakon kívül legalább az első rendben elhajlott sugarak is részt vesznek a képalkotásban. Feloldási határ csökkentése rövidebb hullámhossz anyaghullám? λ h / mev Az elektronmikroszkóp v 2eU m e Fénymikroszkóp λ ~ 400 nm λ d 0,61 n sin Θ ΝΑ ~ 2 Feloldási határ Elektronmikroszkóp λ ~ 2 pm d λ / NA ΝΑ ~ 10-3 U : kv λ ~ 2 pm Feloldási határ ~ 200 nm Feloldási határ ~ 0,2-0,5 nm

6 Az elektronmikroszkóp felépítése Transzmissziós elektronmikroszkóp TEM Pásztózó elektronmikroszkóp Az elektronnyaláb kölcsönhatása TEM Fénymikroszkóp vs Elektronmikroszkóp TEM Spenót levél metszete fénymikrószkópban Színtestek spenót levél ultravékony metszetének TEM felvételén An electron micrograph showing golgi stacks An electron micrograph showing mitochondrium

7 Brush your teeth often because this is what the surface of a tooth with a form of plaque looks like. Scanning Electron Microscope image of bacteria in dental plaque magnified times! Photograph Mr. Steve Gschmeissner Az emberi szem Dentin is found in teeth and comprises tiny channels called dentinal tubules. This images shows those tubules. D : törőképesség (dpt) n : 1. közeg törésmutatója n : 2. közeg törésmutatója R : görbületi sugár (m) + konvex konkáv n n D R

8 Az emberi szem optikája Akkomodációs képesség A redukált szem képalkotása D r n n + k t r D p n n + k t p akkomodációs képesség: a legnagyobb és legkisebb törőképesség különbsége törőképesség: A szem egyes törőközegei törőképességének összege mértékegysége a dioptria: 1 dpt 1/m, D szem dpt A kép: valódi kicsinyített fordított állású Δ D D p D r közelpont 1 1 t t p r távolpont A látásélesség korlátai A látásélességet befolyásoló tényezők: látószöghatár (α ): Azt a legkisebb látószöget, amelynél két különálló A és B pontot éppen meg tudunk különböztetni egymástól 1. A törőfelületek geometriai hibái 2. Hullámoptikai jelenségek 3. A receptorok véges sűrűsége felbontóképesség vagy látásélesség (visus): látásélesség ( visus) 1 α () ' () ' 100% normális 1 -es látószöghatár tényleges látószöghatár

9 A hét kérdése: Mi a feltétele az optikai szál magjában létrejövő teljes visszaverődésnek? A vakfolt és sárgafolt távolságának meghatározása Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika I II II VI X.5.