A fény terjedése és kölcsönhatásai



Hasonló dokumentumok
A fény terjedése és kölcsönhatásai I.

Modern mikroszkópiai módszerek

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA FOTORECEPTOROK A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA A SZÍNLÁTÁS ELMÉLETE ELEKTRORETINOGRAM

IX. Az emberi szem és a látás biofizikája

Orvosi Biofizika A fény biofizikája

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

B2. A FÉNY FOGALMA, FÉNYJELENSÉGEK ISMERTETÉSE,

Lumineszcencia Fényforrások

Biofizika tesztkérdések

Az optikai jelátvitel alapjai. A fény két természete, terjedése

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

Az optikai szálak. FV szálak felépítése, gyakorlati jelenségek

Elektromágneses terek gyakorlat - 6. alkalom

a fizikai (hullám) optika

Szemészeti alapismeretek

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

Abszorbciós spektroszkópia

Elektromágneses hullámok, a fény

Síkban polarizált hullámok síkban polarizált lineárisan polarizált Síkban polarizált hullámok szuperpozíciója cirkulárisan polarizált

EÖTVÖS LABOR EÖTVÖS JÓZSEF GIMNÁZIUM TATA FELADATLAPOK FIZIKA. 11. évfolyam. Gálik András. A Tatai Eötvös József Gimnázium Öveges Programja

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Lézer. Lézerek mindenütt. Lézer: Lézer

Konfokális mikroszkópia elméleti bevezetõ

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

KÜLSŐ HENGERES FELÜLET ÉLETTARTAM-NÖVELŐ MEGMUNKÁLÁSA A FELÜLETI RÉTEG TÖMÖRÍTÉSÉVEL

Diagnosztikai röntgen képalkotás, CT

A poláros fény rejtett dimenziói

Méréstechnika 5. Galla Jánosné 2014

Mi a biomechanika? Mechanika: a testek mozgásával, a testekre ható erőkkel foglalkozó tudományág

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

MŰSZAKI ISMERETEK. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

Optika feladatok (szemelvények a 333 Furfangos Feladat Fizikából könyvből)

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria.

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA. (51) Int. Cl.: A61F 2/16 ( )

Fénytechnika. A fény. Dr. Wenzel Klára. egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Budapest, 2013.

Szem, látás. 4.ea BME - VIK

A 34. Nemzetközi Fizikai Diákolimpia mérési feladata 1 : Lézerdióda és nematikus folyadékkristály optikai tulajdonságai 2

RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II:

V. A MIKROSZKÓP. FÉNYMIKROSZKÓPOS VIZSGÁLATOK A MIKROSZKÓP FELÉPÍTÉSE ÉS MŐKÖDÉSE

A poláros fény rejtett dimenziói

9. Radioaktív sugárzás mérése Geiger-Müller-csővel. Preparátum helyének meghatározása. Aktivitás mérés.

Az emberi test. 23. Megnyílik a világ A látás

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

O 1.1 A fény egyenes irányú terjedése

15.KÚPKEREKEK MEGMUNKÁLÁSA ÉS SZERSZÁMAI

Éghajlat, klíma az éghajlati rendszer által véges időszak alatt felvett állapotainak statisztikai sokasága légkör besugárzás

A nyírás ellenőrzése

ÉPÍTÉSZETI ÉS ÉPÍTÉSI ALAPISMERETEK

Éghajlat, klíma az éghajlati rendszer által véges id szak alatt felvett állapotainak statisztikai sokasága légkör besugárzás

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

A.11. Nyomott rudak. A Bevezetés

Fém, kerámia és biokompozit bioanyagok lézersugaras felületmódosítása

Fizika 2. Feladatsor

Orvosbiológiai fénymikroszkópia és számítógépes képanalízis

Jellemzői: általában akaratunktól függően működik, gyors, nagy erőkifejtésre képes, fáradékony.

Hang és ultrahang. Az ultrahangos képalkotás, A-, B- és M-képek. Doppler-echo. Echo elv - képalkotás. cδt = d+d = 2d

Sugárzási alapismeretek

A projekt eredetileg kért időtartama: 2002 február december 31. Az időtartam meghosszabbításra került december 31-ig.

EGÉSZTESTSZÁMLÁLÁS. Mérésleírás Nukleáris környezetvédelem gyakorlat környezetmérnök hallgatók számára

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 22. Kvantumradír

b) Adjunk meg 1-1 olyan ellenálláspárt, amely párhuzamos ill. soros kapcsolásnál minden szempontból helyettesíti az eredeti kapcsolást!

Radiometria, fotometria, színmérés. Az anyagokat Prof. Schanda János jegyzeteiből összeállította: Várady Géza

8. Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése jegyzőkönyv

Készítette: Bujnóczki Tibor Lezárva:

Geometriai optika. A fénytan (optika) a fényjelenségekkel és a fény terjedési törvényeivel foglalkozik.

Szegedi Tudományegyetem Természettudományi Kar Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék FOGALOMTÁR 2. RÉSZ

Kör-Fiz 3 gyak.; Mérések refraktométerekkel; PTE Környezetfizika és Lézersp. Tanszék

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

Szupernova avagy a felrobbanó hűtőgép

Miért használjuk? Ásványok keresztezett nikolnál

I. Szín és észlelet Tartalom

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA. A szem törőközegei. D szem = 63 dioptria, D kornea = 40, D lencse = 15+

Anyagmozgatás és gépei. 3. témakör. Egyetemi szintű gépészmérnöki szak. MISKOLCI EGYETEM Anyagmozgatási és Logisztikai Tanszék.

Gerhátné Udvary Eszter

Sejttenyésztési alapismeretek

Optoelektronikai Kommunikáció. Optikai alapismeretek

Átlátszó műanyagtermékek előállítása fröccsöntéssel és fóliahúzással

Világítástechnikai alapfogalmak

Jelölje meg (aláhúzással vagy keretezéssel) Gyakorlatvezetőjét! Hőközlés. Munkaidő: 90 perc. Értékelés: Feladat elérhető elért

2. előadás: További gömbi fogalmak

Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás

Az endoszkópia jelene, jövője Modern endoscopos technikák Endosonographia. Szepes Attila

A talliummal szennyezett NaI egykristály, mint gammasugárzás-detektor

Fényforrások. E hatására gáztérben ütközési ionizáció. Stefan-Boltzmann-tv. Wien-tv. Planck-tv. 4 tot

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

1. Atomspektroszkópia

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Laterális feloldás és képminőség javítása vonalpásztázó tomográfiás optikai mikroszkópban

MÉRSÉKLETI NYÚLÁS hossz mérséklet változás t (oc) 100 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00

1. A gyorsulás Kísérlet: Eszközök Számítsa ki

EGYEZMÉNY. 52. Melléklet: 53. számú Elõírás. 2. Felülvizsgált változat

6. Extrúzió szerszám, termék

MŰSZERTECHNIKA Gépészmérnöki BSc Felkészülési kérdések és válaszok a ZH-hoz

KVANTITATÍV MÓDSZEREK

Munkapiaci áramlások Magyarországon

BIOFIZIKA. Metodika- 4. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Átírás:

A fény terjedése és kölcsönhatásai A fény terjedése és kölcsönhatásai Kellermayer Miklós A fénytörés (refrakció) alkalmazásai A fényhullám érzékelhető paraméterei A fényhullám fázisa; fáziskontraszt mikroszkópia Polarizáció, optikai anizotrópia, polarimetria Optikai leezés az emberi szemben Akkomodáció A szem fénytörési hibái Az emberi szem feloldóessége Színkódolás, színlátás Fénytöréssel et alkotunk a mikroszkópban Nagyított, fordított állású virtuális Leezés feltétele: egy járulékos lencse (szemlencse) optikai útba helyezése A fénytörés analitikai alkalmazása: Refraktometria A fénytörés határesete n1 n2 n2 > n1 Optikai tengely α = 90 súrlófény βh = határszög Mivel sin(90 ) = 1, ezért a Snellius-Descartes-törvény alapján: Refraktometria Híg oldatok törésmutatója (n1) koncentrációfüggő (c): n 1 = n 0 + k c n0 = oldószer törésmutatója, k = konstans n 1 = n 2 sin β h tehát n2 ismeretében βh megmérésével kiszámíthatjuk a beesési közeg törésmutatóját (n1). Alkalmazás feltételei: A minta folyadék A minta átlátszó A minta törésmutatója kisebb mint a mérőprizmáé

n1 n2 Teljes belső visszaverődés n2 > n1 Optikai tengely α = 90 súrlófény α = β βh = határszög (kritikus szög) β > βh A befogott kúpban: a teljes horizont e Határszög alatt haladó szélső nyaláb Snell-kör Határszög alatt haladó szélső nyaláb Tükröződés Teljes belső visszaverődés Teljes belső visszaverődés alkalmazása: optikai fényvezetés Egymódusú rost Nagy törésmutatójú mag Optikai szál (rost) Kis törésmutatójú köpeny Sokmódusú rost Rávetülő Lencse Rost köteg Egyetlen optikai szál Átvitt Endoscopia CÉLOK 1. Diagnosztika: lokális inspekció, biopszia, kontrasztanyag beadás 2. Terápia: sebészet, kauterizáció (vérzéscsillapítás), idegentest eltávolítás TÍPUSOK Arthroscopia (ízületek); Bronchoscopia (légutak); Colonoscopia (colon); Colposcopia (vagina és cervix); Cystoscopia (cysta, ureter, urehthrán keresztül); ERCP (endoscopiás retrográd cholangiopancreatographia, kontrasztanyag bejuttatása az epeutakba és a ductus pancreaticusba); EGD (Esophago-gastroduodenoscopia); Laparoscopia (abdominalis szervek vizsgálata a hasfalon keresztül); Laryngoscopia (larynx); Proctoscopia (rectum, sigma); Thoracoscopia (pleura, mediastinum, pericardium a mellkasfalon keresztül). Fényvisszaverődés az optikailag sűrűbb közegben Ha az optikai szálak geometriája megtartott, akkor a köteg a et hűen továbbítja. Arthroscopiás sebészet Einstein: tömeg-energia ekvivalencia Fénytörés során a foton impulzusa megváltozik Planck: sugárzási törvény Maxwell: fény terjedési sebessége Fénytörő részecskék optikai erőkkel megfoghatók: Lézer Az optikai csipesszel élő sejtek is megfoghatók Mikroszkóp objektív F F Grádiens erő Louis-Victor-Pierre- Raymond, 7th duc de Broglie (1892-1987) A foton impulzusa: A refrakció fényimpulzus-változással (ΔP) jár: Fénytörő mikrogyöngy Belépő fénynyaláb P 1 P 2 ΔP F=ΔP/Δt Fénytörő mikrogyöngy EGYENSÚLY Szórási erő (fénynyomás) Az optikai csipeszben a fotonok és a fénytörő részecske között impulzuscsere lép fel 3 µm átmérőjű latex (polistirol) mikrogyöngyök optikai csipeszben Baktérium csapdázása optikai csipesszel

Csomókötés egyetlen molekulafonálra optikai csipesszel A fény mint hullám érzékelhető paraméterei Aktin filamentum DNS Fáziskontraszt Fluoreszcencia Amplitudó (A) ~ Intenzitás (I): A 2 ~I Fényerősség Szemmel érzékelhető Mágneses tér Rezgési sík térbeli állása - Polarizáció Szemmel NEM érzékelhető! Fluoreszcencia Hullámhossz - Fizikai szín Szemmel érzékelhető Elektromos tér Rezgés állapota a periódusban - Fázis Szemmel NEM érzékelhető! Terjedés iránya Arai et al. Nature 399, 446, 1999. Fázis, fáziskontraszt mikroszkópia Polarizált fény és kölcsönhatásai Rezgés (eletkromos v. mágneses tér) kitüntetett irányú - rezgési sík kitüntetett állású Kioltás φ=-λ/4-λ/4=-λ/2 Erősítés φ=λ/4-λ/4=0 Élő (festetlen) sejtek mikroszkópos e Síkpolarizált fény Cirkulárisan polarizált fény: Vertikálisan és horizontálisan síkpolarizált, azonos hullámhosszú, λ/4 fáziskülönbségű hullámok szuperpozíciója Jobbra forgó Balra forgó Frits Zernike (1888-1966) Nobel-díj Fázis: azt mutatja meg, hogy a teljes hullámmozgási periódus (2ϖ) mely részén tart a rezgés. sík Vastag részén (mellékmaximumok helyén): λ/4 fáziskésés mellékmaximumok Világos látóterű mikroszkóp Vertikálisan síkpolarizált fény Jobbra és balra cirkulárisan polarizált fény szuperpozíciója síkpolarizált fény eredményez: Optikailag sűrű közegben a fény lelassul - mivel a frekvencia konstans, a hullámhossz csöken Fázisszöggel (φ) fejezzük ki. Hullámok egymáshoz viszonyított fáziskülönbsége: fáziseltolódás (késés v. sietés) Bal oldali nyaláb: Mellékmaximum fázisa késik a főmaximuméhoz est φ=-λ/4 φ=λ/4 Jobb oldali nyaláb: Mellékmaximum fázisa siet a főmaximuméhoz est Fáziskontraszt mikroszkóp A rezgési sík orientációja a cirkulárisan polarizált hullámok relatív fázisai függvénye *Anizotrópia (kettőstörés): a törésmutató (~fény terjedési sebessége) irányfüggést mutat a mintában (különböző irányokban más értékeket vesz fel). nközeg>nkörnyezet Anizotróp* közegben a cirkulárisan polarizált komponensek között fáziseltolódás lép fel: a kilépő fény rezgéssíkja elfordul Mozgóek - http://www.enzim.hu/~szia/cddemo/demo0.htm nvertikális nhorizontális

Fényforrás Polarizáció alkalmazásai Polarimetria Polarizálatlan fény Síkpolarizált fény Polarizációs mikroszkópia Harántcsíkolt izomrost polarizációs mikroszkópban Optikai leezés az emberi szemben A retinán kicsinyített, fordított állású valós keletkezik. Rezgéssík elfordul a mintán való áthaladás során Polarizátor Elforgatás szöge A-szakasz Minta Izomrostok I-szakasz Analizátor (Polarizátorral keresztállásban) Vizsgáló Elforgatás szöge az optikailag aktív* anyag koncentrációjától (c) függ: [ ] D 20 α = α c l [α]=fajlagos forgatóesség ( 20 : szobahő; D : Na spektrális vonala λ=589 nm) l=rétegvastagság (mintatartó hossza) A-szakasz: anizotróp (kettőstörő) szakasz (helikális filamentumokba rendezett miozinmolekulákat tartalmaz) I-szakasz: izotróp szakasz *Optikailag aktív anyag: királis molekulákat tartalmazó minta, amely a síkpolarizált fény rezgéssíkját elforgatja. Az emberi szem horizontális metszeti szerkezete A szem optikája Akkomodáció és refrakciós hibák Szembe jutó optikai teljesítmény (P): P = Jπ d 2 P max = d max P min d min D = n n' r 2 2 = 16 J=intenzitás (W/m 2 ) d=pupilla átmérő A pulilla átmérő függvényében: dmax=8 mm dmin=2 mm Törőfelületek törőessége (D): n-n =határoló törőközegek (levegő, a szem optikai közegei) törésmutatókülönbsége r=törőfelület görbületi sugara Hypermetropia (távollátás) Korrekció gyűjtőlencsével Myopia (közellátás) Akkomodáció: A szem törőességének adaptálódása a tárgytávolsághoz. Alapja: a szemlencse görbületi sugarának megváltozása. Akomodációs esség: a közelpont és távolpont közötti, dioptriában kifejezett különbség. Távolba nézés: Astigmatismus: a fókusztávolság az x- és y-síkokban különböző Közelre nézés: Presbyopia: Az akkomodációs esség csöken. Kor előrehaladtával fokozódik (>45 év). Közellátás romlik. Refrakciós hiba végleges javítása: LASIK (Laser Assisted In Situ Keratomileusis) N.B.: 1) n-n legnagyobb a levegő-cornea határfelületen. 2) A törőesség változtatására két mechanizmus kínálkozik (n és r változtatása)! Korrekció szórólencsével Korrekció cilindrikus (hengeres) lencsével A szaruhártya lokális görbületi sugarát változtatjuk meg (lézersebészeti eljárással)

A szem feloldóessége I. Hullámoptikai korlát Diffrakció miatt: pontszerű tárgy e elhajlási korong (Airy korong) Tárgy Kép Sir George Biddel Airy (1801-1892) Rayleigh feltétel: a tárgypontok feloldhatók, ha nincs túl nagy átfedés a eik között átfedés Lord Rayleigh (1842-1919) Legkisebb feloldott távolság behatárolt (Abbe-let): d = 0.61λ n sinα λ = hullámhossz n = közeg törésmutatója α = optikai tengely és legszélső nyaláb által bezárt szög (félnyílásszög) Ernst Abbe (1840-1905) A szem feloldóessége II. Tárgy Biológiai korlát: receptorsejt-sűrűség Receptorokra eső ~2μm Látásérzet Feloldás feltétele: legalább egy inaktivált receptorsejt legyen két aktivált receptorsejt között. Ekkor a legkisebb látószöghatár a redukált szemmodell alapján (αb) 0.8. Az emberi szemben a hullámoptikai és biológiai feloldóesség értékei nagyjából egybeesnek. Az emberi szem hullámoptikai feloldóessége: Tárgytávolság (t) α Csomópont Képtávolság (k=17 mm) Redukált szemmodell Látásélesség (visus, Visual Acuity, VA): látásélesség = 1' α 100% α=kísérleti (mért) látószöghatár Látásélesség mérése Látószöghatár: α H =1.22 λ d Az a legkisebb látószög, amelynél két különálló pontot meg tudunk különböztetni egymástól. Közepes hullámhossz (550 nm) és pupilla átmérő (4 mm) értékekre: 0.6 Normál látószöghatár egészséges emberben: 1 (=100% visus) Színkódolás, színlátás Additív színkódolás Bármely szín kikeverhető a három alapszín (R=vörös, G=zöld, B=kék) megfelelő súlyozású összekeverésével X = rr + gg + bb Emberi szem színérzékeny receptorainak (csapok) abszorpciós spektrumai Emberi szemben: 3 különböző színérzékeny receptor. Mindegyik receptor más-más színtartományban érzékeny, azaz más színeket nyel el (R=64%, G=32%, B=2%).