a fizikai (hullám) optika

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "a fizikai (hullám) optika"

Júlia Lukácsné
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 A fény f hullám m természete a fizikai (hullám) optika Geometriai optika Optika Fizikai optika Fény-anyag kölcsönhatás Összeállította: CSISZÁR IMRE SZTE, Ságvári E. Gyakorló Gimnázium SZEGED, 006. szeptember A jelenségeket egyenes vonalak ún. fénysugarak segítségével írjuk le. A jelenségeket, mint elektromágneses hullámjelenségek írjuk le. A jelenségek értelmezésénél a fényt részecske modellel (foton) írjuk le. A Young-féle interferencia kísérlet(180) k A Young-féle interferencia kísérlet(180) k a rések mérete kb. 0,1mm a rések távolsága kb. 1mm Thomas Young ( ) 1

A jelenségeket, mint elektromágneses hullámjelenségek írjuk le. A jelenségek értelmezésénél a fényt részecske modellel (foton) írjuk le.

2 α α A Young-féle interferencia kísérlet(180) k A Young-féle interferencia kísérlet(180) k Erısítés feltétele: = s s 1 = k λ ahol k N A Young-féle interferencia kísérlet(180) k d F 1 F Kioltási helyek feltétele: l x k = l d Maximális erısítésőhelyek feltétele: x k x P λ (k + 1) l λ = k d sinα = d x tgα = l Ha αkicsi, akkor sin tg x d = l l x = d ahol k N ahol k N Kioltás feltétele: = s s 1 λ = (k + 1) ahol k N A Young-féle interferencia kísérlet(180) k

Maximális erısítésőhelyek feltétele: x k x P λ (k + 1) l λ = k d sinα = d x tgα = l Ha αkicsi, akkor sin tg x d =

3 Kétsugaras interferencia kísérletekk Kétsugaras interferencia kísérletekk Fresnel-féle kettıs tükör Egy tükrös interferencia kísérlet 3

4 Kétsugaras interferencia kísérletekk Kétsugaras interferencia kísérletekk Vékony lemezes interferencia kísérlet Michelson-féle interferométer Kétsugaras interferencia kísérletekk Diffrak (elhajlás s résen) r 4

interferencia kísérlet Michelson-féle interferométer

5 Diffrak Diffrak (elhajlá (elhajlás ré résen) Diffrak Diffrak (elhajlá (elhajlás ré résen) Diffrak Diffrak (elhajlá (elhajlás ré résen) Diffrak Diffrak (elhajlá (elhajlás ré résen) d 5

6 α Diffrak (elhajlás s résen) r A rés minden pontjából a Huygens-Fresnel elv értelmében elemi (gömb)hullámok indulnak ki. Szemlejünk ki egy párhuzamos nyalábot, mely a rés normálisávalαszöget zár be. Diffrak (elhajlás s résen) r A BG 1 zóna bármely sugarához találáható egy sugár a G 1 G zónából, amely hozzá képestλ/ fázisban van Így ez a két zóna kioltja egymást az ernyın, tehát csak a maradék G A részzóna hatása jelenik meg az ernyın Az 1 és sugár között BC = d sinαaz útkülönbség Nézzünk meg speciális szögeket! A BC szakaszra felmérjük a λ/ hosszúságú BD 1 és D 1 D szakaszokat A D 1 és D pontokból AC-vel párhuzamosokat húzunk, ezáltal az AB rést G 1 és G segítségével zónákra osztjuk Ha αnulla nincs fáziskülönbség a zónák között, így erısítést tapasztalunk az ernyın. Diffrak (elhajlás s résen) r Találunk olyanα1 szöget, ahol AB éppen két zónát tartalmaz. Ekkor: λ BC = d sin α 1 = = λ Az ernyın kioltási helyet látunk Találunk olyanα szöget, ahol AB éppen három zónát tartalmaz. Ekkor: λ BC = d sinα = 3 Ekkor az ernyın maximális intenzitású helyet látunk Összefoglalva: Diffrak (elhajlás s résen) r Kioltési helyek iránya: sin α = k λ, ahol k = 1,,... d Maximális intenzitású helyek iránya: λ sin α = k = d ( k + 1), ahol 1,,... 6

A részzóna hatása jelenik meg az ernyın Az 1 és sugár között BC = d sinαaz útkülönbség Nézzünk meg speciális szögeket!

7 őı ı Diffrak (elhajlás s kör k r alakú résen) Diffrak (elhajlás s téglalap t alakú résen) Optikai rács r (Diffraks s rács) r Fényerısebb képet kapunk, ha nem egy rést, hanem milliméterenként több száz rést alkalmazunk. Optikai rács: Egyenl szélesség, egymástól egyenl távolságban párhuzamosan elhelyezked rések összessége. Fontos jellemzıje a rácsállandó, ami a milliméterenkénti (vagy méterenkénti) osztások számát adja meg. Pl.: ha mm-enként 00 osztás van, akkor a rácsállandó: 1 6 d = mm = 0,005mm = (Egy áteresztıés egy nem áteresztıtartomány együttes szélessége.) d m Optikai rács r (Diffraks s rács) r 7

Optikai rács: Egyenl szélesség, egymástól egyenl távolságban párhuzamosan elhelyezked rések összessége.

Optikai rács r (Diffraks s rács) r Az ábráról leolvasható a két szomszédos nyaláb közötti útkülönbség: = d sinα Az erısítés feltétele: = kλ, ahol k N A rácsegyenlet, amely megadja az erısítési helyek

8 Optikai rács r (Diffraks s rács) r Az ábráról leolvasható a két szomszédos nyaláb közötti útkülönbség: = d sinα Az erısítés feltétele: = kλ, ahol k N A rácsegyenlet, amely megadja az erısítési helyek irányát: d sinα = k α λ, ahol k N Optikai rács r (Diffraks s rács) r Mérjük meg a lézer hullámhosszát optikai ráccsal! L x Optikai rács r (Diffraks s rács) r A rács lehet transzmissziós rács, amikor az elhajlási kép a rács mögött keletkezik, vagy lehet reflexiós rács, amikor a rács elıtt. Jedlik Ányos 1845-ben 1mm-re 100 karcolatot tudott készíteni. Mivel az eltérítés függ a hullámhossztól, ezért ha a rácsra összetett fény érkezik, akkor azt a rács szineire bontja. tg α = x L d sinα = k λ k =1 α sin α λ = d sinα 8

L x Optikai rács r (Diffraks s rács) r A rács lehet transzmissziós rács, amikor az elhajlási kép a rács mögött keletkezik, vagy lehet reflexiós rács, amikor a rács elıtt.

Polarizá Polarizá Polarizá Polarizá 1808: Etienne Louis Malus (1775-181) Ha a felsı tükröt a ráesı fénysugár, mint tengely körül körbeforgatjuk, akkor az ernyın felfogott folt negyedfordulatonként

9 Polarizá Polarizá Polarizá Polarizá 1808: Etienne Louis Malus ( ) Ha a felsı tükröt a ráesı fénysugár, mint tengely körül körbeforgatjuk, akkor az ernyın felfogott folt negyedfordulatonként elsötétedik és kivilágosodik. Az üveglap a ferdén ráesı fényt polarizálja. A visszavert fényben az E vektor már csak egy meghatározott síkban rezeg. (Az üveglap síkjával párhuzamosan.) Polarizá Polarizá 1669: Erasmus Bartholinus Az izlandi mészpátnak az a tulajdonsága, hogy rajta keresztül nézve a tárgyak kettızve látszanak. Polarizá Polarizá Huygens magyarázata A fény ebben az anyagban kétféle módon terjed. Rendes sugár (ordinárius) és rendkívüli sugár (extraordinárius) 9

A visszavert fényben az E vektor már csak egy meghatározott síkban rezeg. (Az üveglap síkjával párhuzamosan.

ı Etienne Louis Malus (1775-181) Amikor a Luxembourg-palota ablakáról visszaverıdıfényt nézi, nem két, hanem csak egy kép keletkezik.

Mindkét sugár polározott, egymásra mer polarizás síkokban. leges Polarizált fényt ún. polarizás szőrısegítségével is elıállíthatunk.

10 ı Etienne Louis Malus ( ) Amikor a Luxembourg-palota ablakáról visszaverıdıfényt nézi, nem két, hanem csak egy kép keletkezik. Ezt helyesen úgy értelmezte, hogy a palota ablakáról visszaverıdött fény síkban polarizált, és a kristály ezért már nem tudja két összetevıre bontani. Mindkét sugár polározott, egymásra mer polarizás síkokban. leges Polarizált fényt ún. polarizás szőrısegítségével is elıállíthatunk. Üveglapra kettısen törıkristályokból álló vékony réteget visznek fel. A kettıstöréssel szétválasztott két fénysugár közül az egyiket az üveglap nagymértékben elnyeli, ezért csak a másik, meghatározott síkban polarizált fénysugár halad át rajta. 10

11 polárszőrınélkül polárszőrıvel polárszőrınélkül polárszőrıvel polárszőrınélkül polárszőrıvel polárszőrınélkül polárszőrıvel 11

12 ő Young 180 fényinterferencia Malus 1808 polarizá Young 1817 transzverzális hullám Fresnel 181 rugalmassági fényelmélet (éter) pol. és transzverzitás kapcs. A cukorlodat elforgatja a fány polarizás síkját. Foucault 1850 mérés c víz < c lev korpuszkuláris elm. Maxwell 1865 elektromágneses fényelmélet A fény transzverzális elektromágneses hullám az elektromos és mágneses tér (E és B vektorok) periodikus változása adja a hullámzást. James Clerk Maxwell ( ) Energiaáram-s r ség: r 1 r r S = E B µ 0 W m [ S ] = A Poynting-vektor azt mutatja meg, hogy milyen irányban, és egységnyi idıalatt mennyi energia áramlik át egy adott felületen. 1

Maxwell 1865 elektromágneses fényelmélet A fény transzverzális elektromágneses hullám az elektromos és mágneses tér (E és B vektorok) periodikus változása adja a

Hasonló dokumentumok

d) Az a pont, ahova a homorú tükör az optikai tengely adott pontjából kiinduló sugarakat összegyőjti.

d) Az a pont, ahova a homorú tükör az optikai tengely adott pontjából kiinduló sugarakat összegyőjti. Optika tesztek 1. Melyik állítás nem helyes? a) A Hold másodlagos fényforrás. b) A foszforeszkáló jel másodlagos fényforrás. c) A gyertya lángja elsıdleges fényforrás. d) A szentjánosbogár megfelelı potrohszelvénye