Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék. Polarimetria. Lineáris polarizáció vizsgálata

Hasonló dokumentumok
Kristályok optikai tulajdonságai. Debrecen, december 06.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék. Gamma görbe

Elektrooptikai effektus

Képernyő. monitor

Általános jellemzők. Kimeneti periféria Működési elv szerint lehetnek: Vezérlését a videókártya végzi RGB-modell alapján állítja elő a színeket

Kísérleti forduló július 17., csütörtök 1/8 Kísérlet: Látni a láthatatlant (20 pont)

GEOMETRIAI OPTIKA I.

Optika gyakorlat 2. Geometriai optika: planparalel lemez, prizma, hullámvezető

MONITOROK ÉS A SZÁMÍTÓGÉP KAPCSOLATA A A MONITOROKON MEGJELENÍTETT KÉP MINŐSÉGE FÜGG:

OPT TIKA. Hullámoptika. Dr. Seres István


Abszorpciós spektroszkópia

Szög és görbület mérése autokollimációs távcsővel

Történeti áttekintés

Legyen a rések távolsága d, az üveglemez vastagsága w! Az üveglemez behelyezése

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

A geometriai optika. Fizika május 25. Rezgések és hullámok. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A geometriai optika május 25.

13. Előadás. A Grid Source panelen a Polarization fül alatt megadhatjuk a. Rendre az alábbi lehetőségek közül választhatunk:

Mechanikai hullámok. Hullámhegyek és hullámvölgyek alakulnak ki.

OPTIKA. Geometriai optika. Snellius Descartes-törvény szeptember 19. FIZIKA TÁVOKTATÁS

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

Lencse típusok Sík domború 2x Homorúan domború Síkhomorú 2x homorú domb. Homorú

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

ELEKTROMÁGNESES REZGÉSEK. a 11. B-nek

FÉNYTAN A FÉNY TULAJDONSÁGAI 1. Sorold fel milyen hatásait ismered a napfénynek! 2. Hogyan tisztelték és minek nevezték az ókori egyiptomiak a Napot?

Optika mérések építőmérnököknek

OPTIKA. Ma sok mindenre fény derül! /Geometriai optika alapjai/ Dr. Seres István

A PC vagyis a személyi számítógép. XIV. rész

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

3. OPTIKA I. A tér egy pontján akárhány fénysugár áthaladhat egymás zavarása nélkül.

Optika fejezet felosztása

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

Felhasználói kézikönyv

Hullámmozgás. Mechanikai hullámok A hang és jellemzői A fény hullámtermészete

24. Fénytörés. Alapfeladatok

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

( ) A visszaverődő fény intenzitását kifejezve az. Optika mérések építőmérnököknek

MIKRO-TÜKÖR BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY

Optika gyakorlat 3. Sugáregyenlet, fényterjedés parabolikus szálban, polarizáció, Jones-vektor. Hamilton-elv. Sugáregyenlet. (Euler-Lagrange egyenlet)

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Folyadékkristályok vizsgálata.

Fény, mint elektromágneses hullám, geometriai optika

Mérés spektroszkópiai ellipszométerrel

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Optikai alapmérések. Mivel több mérésről van szó, egyesével írom le és értékelem ki őket. 1. Törésmutató meghatározása a törési törvény alapján

Perifériáknak nevezzük a számítógép központi egységéhez kívülről csatlakozó eszközöket, melyek az adatok ki- vagy bevitelét, illetve megjelenítését

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Hardver ismeretek. Zidarics Zoltán

Elsőként ellenőrizzük, hogy a 2,5mm átmérőjű golyóval vizsgálható-e az adott vastagságú próbadarab.

Optika és Relativitáselmélet

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Rezgések és hullámok

Ugrásszerűen változó törésmutató, optikai szálak

2. OPTIKA. A tér egy pontján akárhány fénysugár áthaladhat egymás zavarása nélkül.

HALLGATÓK KÉRDEZTÉK I. HOGYAN MŐKÖDIK AZ LCD KIJELZİ? ASKED BY STUDENTS I. HOW DOES THE LCD MONITOR WORK? Bevezetı DR.

Megoldás: feladat adataival végeredménynek 0,46 cm-t kapunk.

A fény visszaverődése

Ultrarövid lézerimpulzusban jelenlevő terjedési irány és fázisfront szögdiszperzió mérése

Optika gyakorlat 1. Fermat-elv, fénytörés, reflexió sík és görbült határfelületen

12/5/2012. Biomolekuláris szerkezet. Diffrakció, röntgenkrisztallográfia, fény- és elektronmikroszkópia. Tömegspektrometria, CD.

Számítógépes Grafika mintafeladatok

6Előadás 6. Fénytörés közeghatáron

c v A sebesség vákumbanihoz képesti csökkenését egy viszonyszámmal, a törémutatóval fejezzük ki. c v

X. Fénypolarizáció. X.1. A polarizáció jelenségének magyarázata

1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió

5.1. ábra. Ábra a 36A-2 feladathoz

d) A gömbtükör csak domború tükröző felület lehet.

HÍRADÁSTECHNIKA I. 10. Dr.Varga Péter János

p e r i f é r i á k

Optika az orvoslásban

Optika és Relativitáselmélet

AT-7000 gyorsteszter használati utasítás

0 Általános műszer- és eszközismertető

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Tartalom. Tartalom. Anyagok Fényforrás modellek. Hajder Levente Fényvisszaverési modellek. Színmodellek. 2017/2018. II.

A fény útjába kerülő akadályok és rések mérete. Sokkal nagyobb. összemérhető. A fény hullámhoszánál. A fény hullámhoszával

Optika gyakorlat 1. Fermat-elv, fénytörés, reexió sík és görbült határfelületen. Fermat-elv

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

MÉRÉS SPEKTROSZKÓPIAI ELLIPSZOMÉTERREL

ELEKTROMOSSÁG ÉS MÁGNESESSÉG

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Optika I. 1. Geometriai optika A geometriai optika törvényei A teljes visszaver dés

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

Kvalitatív fázisanalízis

Optika gyakorlat 7. Fresnel együtthatók, Interferencia: vékonyréteg, Fabry-Perot rezonátor

SZIGETELŐK, FÉLVEZETŐK, VEZETŐK

Kromatikus diszperzió mérése

Világítástechnikai mérés

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

Számítógépes Grafika mintafeladatok

- abszolút törésmutató - relatív törésmutató (más közegre vonatkoztatott törésmutató)

Vezetők elektrosztatikus térben

egyetemi tanár, SZTE Optikai Tanszék

A kísérlet, mérés megnevezése célkitűzései: Váltakozó áramú körök vizsgálata, induktív ellenállás mérése, induktivitás értelmezése.

Átírás:

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék Polarimetria Lineáris polarizáció vizsgálata MO1 2017

Elméleti háttér Lineáris polarizáció, lineáris polárszűrő: A fény transzverzális hullám: rezgési iránya terjedési irányára merőleges. Természetes, polarizálatlan fény terjedési irányára merőlegesen bármely irányban azonos valószínűséggel rezeg. Lineáris polárszűrő segítségével ezen végtelen rezgésirány közül kiválasztunk egyet, a szűrőn így csak egyetlen meghatározott síkban rezgő hullámok tudnak áthaladni. (A lineáris polárszűrőt szemléletesen egyenközű rácsként képzelhetjük el, ld. 1.ábra). A szűrőn átjutó fényt lineárisan polarizáltnak hívjuk. A szűrőn áthaladó hullámok rezgési irányát a szűrő átengedési irányának, 1.ábra - Lineáris polarizáció az erre merőleges irányt pedig a szűrő polarizációs irányának hívjuk. A polarizációs síkban rezgő hullámok a szűrőben teljesen elnyelődnek, ha csak ilyen rezgési irányú fényt bocsátunk át lineáris szűrőn, akkor a szűrő utáni fényintenzitás zérus. LCD /Liquid Crystal Display/: Folyadékkristályos megjelenítő, a képernyő képpont mátrixból áll. A képpont /pixel/ a legkisebb képernyőn megjeleníthető információ. Egy-egy képpont 3, piros(r), zöld(g) és kék(b) alap színingert, más néven primert színszűrőkkel előállító szegmensből /szubpixelből/ áll (2.ábra). Egy képponton belül a három szubpixel fizikai kiterjedése olyan kicsi, hogy megfelelő távolságból nézve a képernyőt, bőven szemünk szögfeloldási határa alatt vannak. Mivel a megfigyelő nem tudja megkülönböztetni egymástól a szubpixeleket, az egyes képpontok primerjei összekeverednek, additív színkeverés jön létre. Így adódik egy-egy képpont kevert színe. 2.ábra - Kiragadott LCD pixel A 3.ábrán az additív színkeverés elvét láthatjuk, az egyes halmazrészek színét adó pixelmátrix részletekkel: 3.ábra - Additív színkeverés 1

4.ábra LCD-t felépítő rétegek Az LCD panel réteges felépítésű. A rétegeket a képernyő egyetlen képpontjára a 4.ábra mutatja: - Háttérvilágítás réteg: fényforrás (LED/light emitting diode/, vagy CCFL /cold cathode fluorescent lamp/) + diffúzor fólia, melynek feladata a fény egyenletes elosztása a képernyő teljes felületén - Belépő lineáris polárszűrő - Elektródákból és TFT /thin-film transistor/-ból álló üveglapra felvitt mátrix, minden egyes szubpixelre kapcsolt feszültséget külön-külön tranzisztor vezérel - Folyadékkristályok - Üveglapra felvitt elektróda mátrix, erre és a másik elektróda rétegen a tranzisztorok gate-jeire szubpixelenként külön-külön feszültség kapcsolható, nyitott tranzisztor esetén a hozzá tartozó szubpixel helyén a folyadékkristályokon feszültség esik Erre a rétegre kerülnek felvitelre a színszűrők is, minden egyes képpont külön piros, zöld és kék szűrővel rendelkezik - Kilépő lineáris polárszűrő, az előzőhoz képest 90 -kal elforgatott átengedési iránnyal Mikor egy folyadékkristályra nem kapcsolunk feszültséget, az szerkezetéből adódóan spirál alakot vesz fel. Ekkor a rajta átmenő lineárisan poláros fény polarizációs irányát 90 -kal elforgatja, éppen a kilépési polárszűrő polarizációs síkjába. Ilyenkor tehát az LCD-panel adott szubpixelén a háttérvilágítás lehető legnagyobb fényárama áthalad, a szubpixel maximális fényerejű piros, zöld, vagy kék attól függően milyen színszűrőn ment át a fény. Ha egy folyadékkristályra maximális feszültséget kapcsolunk, átrendeződik a kristályszerkezete, nem befolyásolja a fény polarizáltságát. Mivel a be- és kilépő polárszűrők átengedési iránya 90 -ot zár be egymással, ilyenkor nem jut át a rendszeren szinte semmi fény (a gyakorlatból tudjuk, hogy valamennyi igen, ezért nem lehet igazán szép feketéket megjeleníteni LCD kijelzőkkel). Köztes feszültség kapcsolása esetén a folyadékkristályok a polarizációs irányt 0 és 90 közötti szöggel forgatják el, ilyenkor a panelen köztes fényintenzitás jut át. A mérés folyamán egy Acer Aspire 4315-ös laptopból (5.ábra) kiszerelt LCD lineáris polárszűrőjét fogjuk a polariméter segítségével vizsgálni. 2 5.ábra - Acer Aspire 4315

A polariméter A mérés során manuális körpolarimétert használunk. 6.ábra - A polariméter fő egységei 1. Bekapcsoló gomb 7. Polarizátor 2. Analizátor forgató gomb 8. Tejüveg-lap 3. Skálaleolvasó lencse 9. Lámpafedél 4. Betekintő nyílás 10. Lámpa foglalat 5. Nóniusszal ellátott dupla mérőskála 11. Polariméter ház 6. Mintatartó henger Optikai aktivitás (optikai forgatóképesség): A polarimétert vegyiparban, élelmiszeriparban használják, szerves anyagok koncentrációjának meghatározására. Ezek az oldatok ugyanis rajtuk lineárisan polarizált fényt átbocsátva elforgatják a polarizáció irányát. Ezt nevezzük optikai aktivitásnak. Az elforgatás szöge függ az oldat koncentrációjától, a polarizált fény oldatban megtett útjának hosszától, az oldott anyag specifikus forgatóképességétől, a környezeti hőmérséklettől, valamint az alkalmazott fény hullámhosszától. A polarizálatlan fény fix pozíciójú lineáris polárszűrőn (polarizátoron, ld. 7. ábra) halad keresztül, ezt a polarizációs irányt módosítja az optikailag aktív anyag (oldat), mely módosításnak a szögét az analizátor elforgatásával, majd az elforgatás szögének leolvasásával határozhatjuk meg. A módszert az alábbi, (7. ábra) szemlélteti, általános θ szögű forgatóképességű mintára: 7.ábra - Optikai aktivitás mérési elrendezése 3

A polariméter felépítése: 8.ábra A polariméter felépítése Fényforrás: 589,3 nm hullámhosszú monokromatikus kisnyomású Na-lámpa, polarizálatlan fényt bocsát ki. 9.ábra - Mészpátkristály Kettős törő anyagok: anizotrópok, vagyis bennük a fény terjedési sebessége függ a terjedési iránytól. Kettős törő anyag például a mészpátkristály (9. ábra). Minden fénysugár a kristályon való áthaladáskor két különbözőképpen megtört sugárra bomlik. Az egyik az ordinárius /rendes/ sugár, amely követi a Snellius Descartes-féle törvényben leírt szabályos fénytörést. A másik sugarat extraordinárius /rendellenes/ sugárnak nevezik, és terjedési sebessége irányfüggő. A két különböző irányba megtört sugár mentén terjedő fény egymásra merőleges rezgési síkokban lineárisan poláros. Nicol-prizma (10. ábra): 2 db kettős törő prizmából kanadabalzsammal összeragasztott prizma. Az első prizmába belépő fény kettős törést szenved. A prizmák határfelületén az ordinárius sugár a kanadabalzsamról teljesen visszaverődik, iránya eltérül. A második prizmán így csak az extraordinárius sugár jut át, ami 10.ábra Nicol-prizma lineárisan polarizált. A polariméterben a Nicol-prizma lineáris polárszűrők funkcióját tölti be. A 8. ábrán jelölt polarizátor prizma fix állású, az analizátor prizma forgatható, a forgatáshoz szögskála kapcsolódik. λ/2-es lemez (11. ábra): a lineáris polarizáció irányát adott 2θ szöggel elforgatja, a műszer betekintő nyílásába nézve három részre osztott köralakú látómezőt láthatunk (ld. 8. ábra jobb oldalán). A középső mezőbe érkező fénysugarak áthaladnak a λ/2-es lemezen, míg a két szélső mezőbe érkező fénysugarak nem. Így a középső és szélső mezők polarizációja 2θ szöggel el van tolva. A módszert ún. félárnyék polariméterekben alkalmazzák. Ezek optikai nulla állásban (a mérőskála 0 -os szögállásában) a látómező középső és szélső területei félvilágosak, de azonos mértékben. Emberi szemmel ez a homogén félárnyék nagy pontossággal beállítható. (oldatkoncentráció vizsgálat esetén a mintát a mintatartóba helyezve addig forgatjuk az analizátort, míg azt a homogén félárnyékot el nem érjük, amit minta nélkül a műszer nulla állásában láttunk). 11.ábra - λ/2-es lemez A mérés menete Jelen mérés során a polarimétert nem vegyészeti, hanem gyakorlati optikai célra használjuk. Lineáris polárszűrő átengedési és polarizációs irányát fogjuk megkeresni. 4

1. Kapcsoljuk be a polarimétert, majd várjuk 1-2 percet, míg a Na-lámpa bemelegszik és eléri üzemi paramétereit 2. Állítsuk az analizátort a forgatógombbal (1.ábra (2.)) pontosan 0,00 -os szögbe 3. Helyezzük a mintatartóba (1.ábra (6.)) a polarizátor (1.ábra (7.)) közvetlen közelébe a vizsgált papírkeretbe foglalt LCD-ről származó polárszűrőt, forgassuk el úgy az analizátor állásának változatlanul hagyása mellett, hogy a látómező a lehető legsötétebb legyen Ilyenkor a látómező nem látszik megosztottnak, egyenletesen sötét, bár a környezeti fény beszűrődése miatt még nem teljes mértékben 12.ábra Sötét látómező 4. Hajtsuk le a mintatartó fedelét a környezeti fény kizárása érdekében 5. Az analizátor forgatásával keressük meg a szögállást, amikor a látómező a lehető legvilágosabb (ha már sötétedést észlelünk, forgassuk visszafelé, majd újra előre, amíg leginkább világosnak nem látjuk) A látómezőt ebben a legvilágosabb állásban mezőkre osztva látjuk, de a mezők azonos mértékben világosak 13.ábra Világos látómező A beállított szögállást a jobb, és baloldali skáláról is olvassuk le, és mérési eredményként vegyük ezek átlagát. A leolvasást a betekintő nyílás melletti lupékon (1.ábra (3.)) keresztülnézve kényelmesen tehetjük meg. Példa a skála leolvasására: Ebben az esetben a leolvasott érték: 9,30 + 9,35 2 = 9,325 14.ábra Kettős skála leolvasása Negatív szögérték leolvasása a következő képpen történik: A leolvasott érték ekkor: 179,90-180,00 =-0,10 15.ábra Negatív szög leolvasása 6. Keressük meg újra a legsötétebb állást, ezt szögállást is fokozatosan közelíthetjük az analizátor egyik, majd másik irányba való forgatásával. Most is átlagoljuk ki a két skáláról leolvasott értékeket. 5

Feladatok 1. Keressük meg mind a legvilágosabb, mind a legsötétebb pozíciót 10-10-szer Számítsuk ki a pozíciók átlagát, valamint szórását. Mindezt rögzítsük a jegyzőkönyvben. 2. Ábrázoljuk a szög-szórásokat a jegyzőkönyvben egy körben körcikkek formájában, nevezzük meg melyik a vizsgált polárszűrő átengedési és melyik a polarizációs iránya! 3. Adjunk magyarázatot a világos és sötét szórások közötti nagy különbségre 4. Mobiltelefonjaink kijelzője lineárisan polarizált fényt bocsát ki. Egy mobiltelefonon jelenítsünk meg homogén fehér, nagy fényerejű ábrát. Kikapcsolt Na-lámpa mellett helyezzük a telefont óvatosan a fényforrás (1.ábra (9.)) és a polarizátor (1.ábra (7.)) közötti térbe. (Előtte távolítsuk el a szűrőmintát a mintatartóból). Az analizátort állítsuk be 90,00 -ra, majd hagyjuk változatlanul. A telefon forgatásával becsüljük meg kijelzőjének polarizációs és átengedési irányának szögét. Jelöljük be ezeket a jegyzőkönyvben található ábrán. Források: LCD felépítés, működés: http://www.focus.de/familie/wissenstest/lernatlas/so-funktioniert-der-lcd-bildschirm-klasse-9-10_id_2495889.html Körpolariméter részegységei, kezelése: http://manualzz.com/doc/4569794/gebrauchsanweisung-kreispolarimeter Polariméter felépítése, λ/2-es lemez: https://tu-dresden.de/mn/physik/ressourcen/dateien/studium/lehrveranstaltungen/praktika/pdf/po.pdf?lang=de Kettős törés, Nicol-prizma: http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop412a/2010-0017_45_optika_es_latorendszerek/ch02s06.html Ábrák: [1.] https://www.3d-brillen.de/technik/licht-schwingung_14.jpg [2.] http://referate.mezdata.de/sj2009/lcd_paul-brosinsky/res-wikipedia/liquid_crystal_display_macro_example_zoom_2.jpg [3.] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/30/additive_farbmischung.jpg [4.] https://gtelcd.com/blog/different-types-of-iphone-lcd-screen-structure/ [5.] http://www.oelse.com/wp-content/uploads/2008/01/acer-aspire-4315-100508ci.jpg [6.] http://manualzz.com/doc/4569794/gebrauchsanweisung-kreispolarimeter [7.] https://voer.edu.vn/file/57128 [9.] http://www.netkeptar.hu/index.nof?egy=1&kepid=1781 [10.] www.physik.uni-giessen.de/dueren/vorlesung/physmedold/v21.pdf [11.] https://www.thorlabs.com/images/tabimages/half-wave_plate_d2-447.gif [14.] http://www.ped.muni.cz/wchem/sm/hc/fchlab/polarimetr.htm [15.] https://www.wetenschapsforum.nl/forumdata/uploads/monthly_05_2012/post-4012-0-65672600-1338040126.png 6