Základy Optiky Fyzika Mikrosvěta

Prezentace na téma: "Základy Optiky Fyzika Mikrosvěta"— Transkript prezentace:

1 Základy Optiky Fyzika Mikrosvěta

2 Optika Světlo: Vlnová optika: Paprsková optika: Kvantová optika
Vlnová vs. Paprsková podstata světla V pozdější době také kvantový přístup Vlnová optika: disperze, interference, difrakce, polarizace Paprsková optika: Zákon odrazu a lomu, geometrická optika, zákon přímočarého šíření světla(homogenní prostředí) Kvantová optika Fotoefekt, kvantová povaha světla

3 Šíření světla Zdroj – vyzařují světlo Prostředí Huygensův princip
(ne)průhledné, průsvitné Homogenní, (an)izotropní Huygensův princip Směr šířené světla je v homogenním prostředí dán přímkami kolmými na vlnoplochu. Těmto přímkám říkáme světelné paprsky. Bodový zdroj světla: zanedbáváme rozměry zdroje

4 Princip nezávislosti chodu paprsků
Paprsky vychází ze zdroje světla, šíří se všemi směry stejně(homogenní prostředí) a chod paprsků se navzájem neovlivňuje. Putují prostředím nezávisle na sobě. Homogenní prostředí: paprsek je přímka Ve stejnorodém (homogenním) prostředí se světlo šíří přímočaře.

5 Paprsková optika Zákon odrazu a lomu
Odvozuje se z Huygensova principu.

6 Odraz světla Odražený paprsek leží v rovině dopadu α = ´α

7 Lom světla Závislost na prostředích vyjádřena pomoc indexů lomu
v - rychlost světla v prostředí c – rychlost světla ve vakuu n > 1 světlo se při průchodu láme

8 Světlo se šíří z prostředí (v1, n1) do prostředí (v2, n2).
Odvození zákona lomu (Snellův zákon) n1 > n2 : n1 je opticky hustší prostředí a n2 opticky řidší

9 Mezní úhel a totální odraz
Využití totálního odrazu: refraktometr, optické vlákno

10 Disperze světla Vlastnost prostředí : udává rychlost světla v prostředí. Ve vakuu nedochází k disperzi. Paprsky různých barev se lámnou pod různými úhly β. Závisí na indexu lomu prostředí a na frekvenci světla.

11 Světlo jako elektromagnetické vlnění
Vlnění – mechanika rovnice vlny Frekvence (f), perioda (T), vlnová délka (λ) Analogie kruhového pohybu

12 Frekvence určuje povahu vlnění

13 Zpět k disperzi světla:
Frekvence světla se nemění ale mění se rychlost světla: Nejmenší úhel β má fialová a největší červená.

14 Vlnová optika Interference světla: skládání světelných vln
T. Young ( ) Mýdlová bublina, tenká vrstva oleje atd… Předpoklad koherence Koherentní jsou světelná vlnění stejné frekvence, jejichž vzájemný fázový rozdíl v uvažovaném bodě prostoru se s časem nemění Laserové světlo

15 Youngův pokus Prokázal vlnovou povahu světla
Zdroj koherentního záření – dutiny S1, S2 Dráhový rozdíl Δl Optická dráha: l=ns : Vzdálenost, kterou by světlo urazilo ve vakuu za stejnou dobu jako v daném optickém prostředí.

16 Interference – zesílení a zeslabení v místech kde se vlny stýkají
Minimum : Δl=nΔs=2k(λ/2) Maximum: Δl=nΔs=(2k+1)(λ/2) k=0,1,2,…

17 Difrakce Ohyb světla Šíření do oblasti geometrického stínu (odporuje paprskové teorii světla)

18

19 Polarizace světla Nepolarizované světlo – vektor intenzity E kmitá v nahodilém směru….

20 Polarizace odrazem: Světlo dopadá na desku a odráží se tak, že vektor E dopadá kolmo k rovině dopadu Jde pouze o částečnou polarizaci závislou na úhlu dopadu. Úplná polarizace jen při určitém úhlu (Brewsterův úhel)

21 Polarizace dvojlomem Výsledkem jsou dva lineárně polarizované paprsky kmitající v rovinách na sebe kolmých Řádný Mimořádný

22 Polaroidy Filtry, dvě vrstvy plastického materiálu
Polarizátor: polarizuje světlo na lineárně polarizované Analyzátor: rozlišuje polarizované od nepolarizovaného Optická aktivita: schopnost látek stáčet rovinu kmitání světla: cukr, oleje , bílkoviny

23 Optické jevy Elektroopické jevy Mechanické jevy Magnetooptické jevy
Kerrův jev Dvojlom je vyvolán působením elektrického pole Pockelsův jev Idnex lomu látky se mění v závislosti na přiloženém elektrickém poli Mechanické jevy Umělý dvojlom Vyvolán mechanickým tlakem. Pokud má napětí v různých směrech látky různou hodnotu, stane se látka opticky anizotropní. Magnetooptické jevy Cotton-Moultonův jev Magnetické pole vyvolává podstatně menší dvojlom než pole elektrické

24 Fotometrie Měření a přenášení elektromagnetické energie – záření.
Zářivý tok [W]: Podíl zářivé energie vyzářené za čas Δt. Intenzita vyzařování [W m-2]: Zářivý tok vysílaný ploškou ΔS do poloprostoru. Intenzita ozařování [W m-2] : Zářivý tok dopadající na plochu ΔA

25 Fotometrické veličiny
Vztaženy na lidské vnímání. (350 nm – 700 nm) Světelný tok: Schopnost zářivého toku vyvolat zrakový vjem. Svítivost [cd]: vyzařování zdroje do prostoru s úhlem Ω. Světelný tok[Lm]: tok vyzařovaný všesměrovým zdrojem a svítivosti 1 cd do kužele,….. Tedy pro plný prostorový úhel

26 Osvětlení Osvětlení tělesa 1 lux má plocha 1 m2 dopadá-li na ní rovnoměrně světelný tok 1 lm. Lidské oko : schopno detekce nejméně 2 nlx – reakce tyčinek Čtení : 100 lx Práce v kuchyni : 500 lx Osvětlení chodby: 20lx Normy ČSN

27 Fyzika mikrosvěta

28