12. Előadás. síktükör felé induljon a sugár. Amíg a forrásig visszajut a folyamatot három elemre bonthatjuk

Hasonló dokumentumok
11. Előadás Gradiens törésmutatójú közeg II.

7. Előadás. A vékony lencse közelítésben a lencse d vastagsága jóval kisebb, mint a tárgy és képtávolságok.

6Előadás 6. Fénytörés közeghatáron

Ugrásszerűen változó törésmutató, optikai szálak

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

A gradiens törésmutatójú közeg I.

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

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

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

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

Optika gyakorlat 5. Gyakorló feladatok

5.1. ábra. Ábra a 36A-2 feladathoz

Közegek és felületek megadása

Optika gyakorlat Példa: Leképezés hengerlencsén keresztül. 1. ábra. Hengerlencse. P 1 = n l n R = P 2. = 2 P 1 (n l n) 2. n l.

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

Digitális tananyag a fizika tanításához

8. Előadás. 1) Üveg félhenger

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Geometriai Optika (sugároptika)

A fény visszaverődése

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

d) A gömbtükör csak domború tükröző felület lehet.

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

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

Történeti áttekintés

1. ábra Tükrös visszaverődés 2. ábra Szórt visszaverődés 3. ábra Gombostű kísérlet

OPTIKA. Gömbtükrök képalkotása, leképezési hibák. Dr. Seres István

OPTIKA. Vékony lencsék képalkotása. Dr. Seres István

OPTIKA. Vékony lencsék, gömbtükrök. Dr. Seres István

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

25. Képalkotás. f = 20 cm. 30 cm x =? Képalkotás

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Skaláris szorzat: a b cos, ahol α a két vektor által bezárt szög.

Fény, mint elektromágneses hullám, geometriai optika

GEOMETRIAI OPTIKA I.

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

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

Elektrooptikai effektus

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

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Objektum definiálása és szerkesztése

Budainé Kántor Éva Reimerné Csábi Zsuzsa Lückl Varga Szidónia

5. házi feladat. AB, CD kitér élpárra történ tükrözések: Az ered transzformáció: mivel az origó xpont, így nincs szükség homogénkoordinátás

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

24. Fénytörés. Alapfeladatok

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Tárgy. Forgóasztal. Lézer. Kamera 3D REKONSTRUKCIÓ LÉZERES LETAPOGATÁSSAL

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Optika Gröller BMF Kandó MTI

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

Koordinátageometria. M veletek vektorokkal grakusan. Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Matematika Tanszék 1

Helyvektorok, műveletek, vektorok a koordináta-rendszerben

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

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

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

NE HABOZZ! KÍSÉRLETEZZ!

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

OPTIKA. Vastag lencsék képalkotása lencserendszerek. Dr. Seres István

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

Lézer interferometria Michelson interferométerrel

Oktatási Hivatal. A döntő feladatai. 1. Feladat Egy kifejezést a következő képlettel definiálunk: ahol [ 2008;2008]

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

9. Írjuk fel annak a síknak az egyenletét, amely átmegy az M 0(1, 2, 3) ponton és. egyenessel;

Optikai eszközök modellezése. 1. feladat Egyszerű nagyító (lupe)

Oktatási Hivatal. A döntő feladatainak megoldása. 1. Feladat Egy kifejezést a következő képlettel definiálunk: ahol [ 2008;2008]

14. Előadás Döntött impulzusfrontú THz gerjesztési elrendezés optimalizálása

2. Miért hunyorognak a csillagok? Melyik az egyetlen helyes válasz? a. A Föld légkörének változó törésmutatója miatt Hideg-meleg levegő

OPTIKA. Vastag lencsék képalkotása lencserendszerek. Dr. Seres István

Szög és görbület mérése autokollimációs távcsővel

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

É Í Ő É É Á í Ü ő í ő í ő ő Í ő ő ő í ú í í ő í ő

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

ö ö ö ü ö ü ű ö Ö ü ü ü ü ú ö ú ö ö ű Á ö ú ü ü ö ü ö

ó ú ő ö ö ó ó ó ó ó ő ő ö ú ö ő ú ó ú ó ö ö ő ő ö ö ó ú ő ő ö ó ő ö ö ö ö ö ö ó Á É ű ó ő ő ű ó ó ö ö ő ó ó ú ő Ű ö ö ó ó ö ő ö ö ö ö ő Ú ú ó ű ó ó ő

Érettségi feladatok: Trigonometria 1 /6

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

Haladó lineáris algebra

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

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

Optika kérdéssor. 2010/11 tanév. Milyen kapcsolatban van a fényvisszaverődés törvénye a Fermat elvvel?

x = cos αx sin αy y = sin αx + cos αy 2. Mi a X/Y/Z tengely körüli forgatás transzformációs mátrixa 3D-ben?

Vágánykapcsolások. Szabványos vágánykapcsolások

Koordináta geometria III.

ARCHIMEDES MATEMATIKA VERSENY

Geometriai feladatok, 9. évfolyam

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Használható segédeszköz: számológép, vonalzó, képletgyűjtemény

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

Trigonometria. Szögfüggvények alkalmazása derékszög háromszögekben. Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Matematika Tanszék 1

Optika az orvoslásban

Geometriai optika. Alapfogalmak. Alaptörvények

Koordináta-geometria alapozó feladatok

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

Átírás:

. Előaás ezonátorok P: Bevezető probléma: Egy görbületi sugarú x homorú tükör optikai tengelyén a tükörtől távolságban síktükör található. A síktükörtől milyen x távolságra helyezzünk egy pontszerű fényforrást, hogy az onnan kis szögben kiinuló fénysugarak ugyan abba a pontba jussanak vissza? Megolás: Optikai imátrixokkal egyszerűenű megolható aprobléma. A forrásból síktükör felé inuljon a sugár. Amíg a forrásig visszajut a folyamatot három elemre bonthatjuk ) A forrástól a síktükrön keresztül a gömbtükörig történő terjeés (ábrán, kék színnel) ) Visszaverőés a gömbtükörről 3) A gömbtükörtől a forrásig szaba terjeés (ábrán piros színnel) TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt

ezonátorok ezonátorok Az egyes elemekhez tartozó, és az ereő optikai mátrixok: i) + 0 T x ii) 0 T + 0 T T T T x x iii) 0 0 T T T T 3 0 T 3 x TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt

ezonátorok A szorzást elvégezve az ereő T mátrix elemeire aóik: A B + x + C D ( x) ( x) ( + x) ( + x ) A forrásból kis szögben inuló fénysugarat reprezentáló vektor: 0 r' TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 3

ezonátorok A bemeneti és kimeneti vektorok közti kapcsolat: r r' T r' 0 Ez alapján r + x + + x r ( x) ( ) ' aóik. A probléma feltételét kiróva, miszerint r 0 x ( ) aóik ereményként a forrás helyére. TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 4

ezonátorok Ha a felaat feltétele teljesül, akkor az aott pontba történő visszaérkezés paraxiális közelítésben olyan feltételt teremt, ami ugyanennek a problémának újbóli kiinuló feltétele, tehát megannyi körbejárás után ugyan ebbe a pontba kell a sugárnak érkeznie. Ez azonban, ahogy az alábbi sugárkövetéses ákö szimulációból ióból is látszik nem így lesz, mivel a paraxiális közelítés pusztán iealizáció. A szimuláció mutatja (következő iák), hogy minél közelebb van a renszer szögnagyítása (D mátrixelem) az ieálishoz annál jobban reproukálóik a kiinulási feltétel. TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 5

l ezonátorok z t TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 6 4 mm; 40 mm; l 8 mm; t mm, x 6,403 mm z 35,5969 mm sugárforrás távolsága Szögnagyítás (D) -,37

ezonátorok z TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 7 50 mm, x,36 mm z 8.64 mm sugárforrás áf á távolsága á Szögnagyítás (D) -,68

ezonátorok ezonátorok stabilitásának vizsgálata sugár-transzfer mátrix mószerrel A következőkben a lézerek egyik fő alkotóelemét, a rezonátort fogjuk tárgyalni. Ezek az optikai eszközök alapból két tükrözőő felületből állnak, melyek a rájuk bocsátott fényt egymásra verik vissza. Két fajtájukat fogjuk vizsgálni és sugárkövetéseket végezni rajtuk: Stabil- és Instabil rezonátor. Amennyiben a fénysugár kellően nagy számú visszaverőés után isa tükrök apertúráján belül mara stabil, ellenkező esetben instabil rezonátorról beszélünk. Az ábráná láthatótó rezonátor séma két homorú felületével l egymással szembeforított egymástól távolságra elhelyezett és sugarú gömbtükörből áll. TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 8

Instabil rezonátorok Instabilnak nevezzük a rezonátort, ha a nyaláb (sugár) előbb-utóbb optikai kicsatolás nélkül hagyja el a renszert. Ilyen pélául két síktükör hisz többszörös visszaverőés után kiesik a sugár a renszerből; avagy egy sík és egy omború tükörből álló renszer minenképp instabil. Instabil rezonátorokat a gyakorlatban csak olyan nagy teljesítményű lézereknél él alkalmazzák, l ahol kifejezetten kevés körüljárás á acél. Nagy keresztmetszetű aktív közeg esetén használják az ilyen típusú rezonátorokat TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 9

ezonátorok ezonátorok stabilitásának vizsgálata sugár-transzfer mátrix mószerrel Az alábbiakban a mátrixoptika mószereivel a stabilitás feltételét vizsgáljuk meg. Az általánosság kevéért úgy tekintünk a rezonátorra mint szembenálló homorú tükrökre, persze a görbületi sugarak előjelével, és nagyságával minen lehetséges variációt előállíthatunk. Egy f fókusztávolságú gömbtükör a fénysugarat reprezentáló vektort pontosan úgy transzformálja, mint egy f fókusztávolságú lencse (előjel konvencióval!), ha figyelembe vesszük, hogy a tükörről való visszaverőéssel az optikai tengely megforul. Ezek alapján a rezonátorban történő fényterjeés helyettesíthető egy lencse-hullámvezetővel, mely felváltva elhelyezett f és f fókusztávolságú lencsékből áll melyek távolsága, ésf / illetve f /. TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 0

ezonátorok f egységcella f Az s+-ik cella és az s-ik cella között az rs+ A s rs + C összefüggés érvényes, mely szerint s+ s B r D rs r Ar + Br s ahonnan TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt

ezonátorok illetve r B s s+ s+ ( r Ar ) r ' Cr + Dr s s s r B ( r Ar ) s+ s+ s+ AD BC r A + D r s+ s+ + rs 0 Ansatz: rs r0 e jsθ TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt

ezonátorok r A + D r s+ s+ + rs 0 Ansatz: r rs 0 r e Valós megolás: jsθ r s ( ) r sin sθ + α max Ahol: cos θ A + D A + D + A stabilitás feltétele: 0 4 TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 3

ezonátorok A stabilitási feltétel 4 0 + + D A 4 4 4 f f f f f f f f D A + + + + + g g f f 0 g g A 0 3 iák l té i k é l t i J T V L El t i 3 TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 4 A 0-3 iák levezetéseinek részletei: J. T. Vereyen Laser Electronics 3r Eition, Prentice Hall (995)

ezonátorok A stabilitási iagram planparalel konfokális koncentrikus H. Kogelnik et al. Appl. Opt. 5, 550-567 (966) TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 5

Instabil rezonátorok P: TracePro-ban illesszünk be az X 0, Y 0 és Z -0,005 pontba egy 00 00 0.0 (X;Y;Z) mm-es lemezt. A origótól 63,75 mm-re illesszünk be egy szférikus tükröt, melynek görbületi sugara 85 mm, vastagsága 0,0 mm és hossza mm. A tükrök egymás felé eső felületeinek ajunk egyszerű tükör (mirror) tulajonságot. Sugárforrásunkat efiniáljuk úgy, hogy az az origótól valamilyen kicsi távolságban legyen. Pélául: mm-es sugár, egyetlen sugár, X 0, mm, Y -0, mm. TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 6

Instabil rezonátorok Az így efiniált, tengellyel párhuzamos sugarat inítsuk el a omború tükör felé. Mint láthatjuk is, a nyaláb néhány oa-vissza verőés után kilép a renszerből. Ez minen olyan esetben így fog történni, ahol a sugárforrás középpontja eltér az Y X 0 esettől. TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 7

Animáció Instabil rezonátor TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 8

Stabil rezonátorok P: Vizsgáljunk meg egy stabil rezonátort a TracePro-ban! Illesszünk be az origótól Z irányban 30 mm-re egy szférikus tükröt, maj forgassuk el 80 fokkal X tengely körül Vastagság 0,mm Hossz 8mm Sugár 40mm Illesszünk be egy síktükröt, melynek tükröző felülete az X-Y síkban van. 3 Ezen választás esetén a stabilitási feltétel teljesül. 4 Minkét tükörnek az egymás felé néző felületét ruházzuk fel egyszerű tükör tulajonsággal. Aforrásátmérője legyen mm, és egyetlen sugár inuljon Z irányban. A forrás origója legyen X 0,Y ész A hullámhossz legyen az alapértelmezett 0,546 μm Célszerű 50% intenzitás alatti sugarakat elrejteni, valamint a sugár színét pirosra beállítani. Sugárkövetés ereményét a következő animáción láthatjuk. TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 9

Animáció Stabil rezonátor TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt 0

Stabil rezonátorok Két azonos homorú gömbtükörből álló stabil rezonátor igen nagy számú reflexióval A sugársereg burkolója (kausztika) a nyalábjelleget szemlélteti. Az inítási feltételtől függetlenül igen sok visszaverőés után kijelölőik az optikai tengely. TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt

Mit ismertünk meg? - Egy bevezető probléma elemzése után megvizsgáltuk a rezonátorok stabilitási feltételét. - TracePo emonstrációt láthattunk a stabil és az instabil rezonátor viselkeésére Következik: k - Polarizáció, anizotrop közegek TÁMOP-4...C-//KONV-0-0005 projekt