Vlnová optika Podmínky používání prezentace © RNDr. Jiří Kocourek 2013 Stažení, instalace na jednom počítači a použití pro soukromou potřebu jednoho uživatele je zdarma. Použití pro výuku jako podpůrný nástroj pro učitele či materiál pro samostudium žáka, rovněž tak použití jakýchkoli výstupů (obrázků, grafů atd.) pro výuku je podmíněno zakoupením licence pro užívání software E-učitel příslušnou školou. Cena licence je 250,- Kč ročně a opravňuje příslušnou školu k používání všech aplikací pro výuku zveřejněných na stránkách www.eucitel.cz. Na těchto stránkách je rovněž podrobné znění licenčních podmínek a formulář pro objednání licence. Pro jiný typ použití, zejména pro výdělečnou činnost, publikaci výstupů z programu atd., je třeba sjednat jiný typ licence. V tom případě kontaktujte autora (info@eucitel.cz) pro dojednání podmínek a smluvní ceny. OK © RNDr. Jiří Kocourek 2013 www.eucitel.cz

Vlnová optika © RNDr. Jiří Kocourek 2013 www.eucitel.cz

Světlo je elektromagnetické vlnění o jistých frekvencích Světlo je elektromagnetické vlnění o jistých frekvencích. Při šíření světla proto dochází (podobně jako např. u zvuku) k jevům typickým pro vlnění: – skládání světelných vlnění (interference) – ohyb světla za překážkou – polarizace světla

Interference Setkají-li se dvě vlnění v jistém bodě, skládají se (interferují). U mechanického vlnění se sčítají jejich okamžité výchylky, u elektromagnetického vlnění se sčítají hodnoty elektrické a magnetické intenzity.

Interference Setkají-li se dvě vlnění v jistém bodě, skládají se (interferují). U mechanického vlnění se sčítají jejich okamžité výchylky, u elektromagnetického vlnění se sčítají hodnoty elektrické a magnetické intenzity. Běžné světelné vlnění (vyzařované např. žárovkou) má velmi složitý průběh, proto za normálních okolností interferenční jevy nepozorujeme. Dochází k nim pouze pokud jsou obě vlnění navzájem koherentní (mají stejnou frekvenci a na jistém úseku i konstantní fázový rozdíl).

Interference Setkají-li se dvě vlnění v jistém bodě, skládají se (interferují). U mechanického vlnění se sčítají jejich okamžité výchylky, u elektromagnetického vlnění se sčítají hodnoty elektrické a magnetické intenzity. Běžné světelné vlnění (vyzařované např. žárovkou) má velmi složitý průběh, proto za normálních okolností interferenční jevy nepozorujeme. Dochází k nim pouze pokud jsou obě vlnění navzájem koherentní (mají stejnou frekvenci a na jistém úseku i konstantní fázový rozdíl). Příklad: nekoherentní vlnění koherentní vlnění

Ds .... dráhový rozdíl Interference Ds Setkají-li se dvě vlnění v jistém bodě, skládají se (interferují). U mechanického vlnění se sčítají jejich okamžité výchylky, u elektromagnetického vlnění se sčítají hodnoty elektrické a magnetické intenzity. Běžné světelné vlnění (vyzařované např. žárovkou) má velmi složitý průběh, proto za normálních okolností interferenční jevy nepozorujeme. Dochází k nim pouze pokud jsou obě vlnění navzájem koherentní (mají stejnou frekvenci a na jistém úseku i konstantní fázový rozdíl). Příklad: nekoherentní vlnění koherentní vlnění Ds Ds .... dráhový rozdíl

Ds .... dráhový rozdíl Interference Ds Setkají-li se dvě vlnění v jistém bodě, skládají se (interferují). U mechanického vlnění se sčítají jejich okamžité výchylky, u elektromagnetického vlnění se sčítají hodnoty elektrické a magnetické intenzity. Běžné světelné vlnění (vyzařované např. žárovkou) má velmi složitý průběh, proto za normálních okolností interferenční jevy nepozorujeme. Dochází k nim pouze pokud jsou obě vlnění navzájem koherentní (mají stejnou frekvenci a na jistém úseku i konstantní fázový rozdíl). Příklad: nekoherentní vlnění koherentní vlnění Ds Ds .... dráhový rozdíl Koherentní světelná vlnění většinou získáme tak, že světlo z jednoho zdroje nejprve rozdělíme a poté opět spojíme tak, aby mezi jednotlivými složkami vznikl určitý dráhový rozdíl.

Interference Setkají-li se dvě koherentní světelná vlnění tak, že jejich dráhový rozdíl je celým násobkem vlnové délky, dojde k zesílení vlnění – interferenční maximum. původní vlnění výsledné vlnění

Interference Setkají-li se dvě koherentní světelná vlnění tak, že jejich dráhový rozdíl je celým násobkem vlnové délky, dojde k zesílení vlnění – interferenční maximum. původní vlnění výsledné vlnění Setkají-li se dvě koherentní světelná vlnění tak, že jejich dráhový rozdíl je lichým násobkem poloviny vlnové délky, dojde k zeslabení vlnění – interferenční minimum.

k ... řád interferenčního maxima (minima) Interference Setkají-li se dvě koherentní světelná vlnění tak, že jejich dráhový rozdíl je celým násobkem vlnové délky, dojde k zesílení vlnění – interferenční maximum. původní vlnění výsledné vlnění Setkají-li se dvě koherentní světelná vlnění tak, že jejich dráhový rozdíl je lichým násobkem poloviny vlnové délky, dojde k zeslabení vlnění – interferenční minimum. k ... řád interferenčního maxima (minima)

Interference Průchod světla dvěma štěrbinami (Youngův pokus):

Ds Interference l Průchod světla dvěma štěrbinami (Youngův pokus): s1

Ds Interference l Průchod světla dvěma štěrbinami (Youngův pokus): s1

Ds Interference l Průchod světla dvěma štěrbinami (Youngův pokus): s1

Ds Interference l Průchod světla dvěma štěrbinami (Youngův pokus): s1

Ds Interference l Průchod světla dvěma štěrbinami (Youngův pokus): s1

Interference Průchod světla dvěma štěrbinami (Youngův pokus): Na stínítku se ve směru interferenčních maxim objeví světlé proužky, ve směru minim tmavé proužky – interferenční obrazec (interferogram).

Interference Interferometr: Paprsek je rozdělen polopropustným zrcadlem na dva koherentní paprsky, z nichž každý projde jinou dráhu. Poté se oba parsky opět spojí; vznikají interferenční jevy. Posunem zrcadel je možno měnit dráhový rozdíl jednotlivých paprsků.

Interference Interference na tenké vrstvě: planparalelní deska Newtonova skla Dva koherentní paprsky (z téhož zdroje) se setkávají po odrazu a lomu na tenké vrstvě. Podle dráhového rozdílu nastává buď interferenční maximum (světlý pruh) nebo minimum (tmavý pruh). Pokud dopadající světlo není monofrekvenční (obsahuje více barev), obrazce jsou barevné (interferenční maximum i minimum závisí na vlnové délce světla).

interference na mýdlové bublině Interference na tenké vrstvě: planparalelní deska Newtonova skla antireflexní vrstva interference na mýdlové bublině Newtonovy kroužky

Interference disk CD hologram (ochrana proti padělání bankovek, úředních dokumentů atd.) hologram (prostorové zobrazení objektů)

Ohyb světla (difrakce) Dáme-li postupujícímu vlnění do cesty překážku, jejíž rozměry jsou daleko větší než vlnová délka, vznikne za překážkou oblast, kam se vlnění téměř nešíří (stín). Pokud je velikost překážky srovnatelná s vlnovou délkou, šíří se vlnění i za překážku – ohyb vlnění.

Ohyb světla (difrakce) Dáme-li postupujícímu vlnění do cesty překážku, jejíž rozměry jsou daleko větší než vlnová délka, vznikne za překážkou oblast, kam se vlnění téměř nešíří (stín). Pokud je velikost překážky srovnatelná s vlnovou délkou, šíří se vlnění i za překážku – ohyb vlnění.

Ohyb světla (difrakce) Obdobně pozorujeme ohybové jevy při průchodu vlnění štěrbinou, a to tím intenzivněji, čím je štěrbina menší (srovnatelná s vlnovou délkou).

Ohyb světla (difrakce) Obdobně pozorujeme ohybové jevy při průchodu vlnění štěrbinou, a to tím intenzivněji, čím je štěrbina menší (srovnatelná s vlnovou délkou).

Ohyb světla (difrakce) Vlnová délka světelného vlnění je řádově 0,1mm, ohybové jevy proto pozorujeme pouze u překážek (štěrbin) velmi malých rozměrů. terčík na špičce jehly kruhová štěrbina rozměry řádově 10-6 m (mikrometry)

Ohyb světla (difrakce) Optická mřížka Několik pravidelně uspořádaných velmi úzkých štěrbin. Po průchodu světla mřížkou dojde k ohybu a interferenci – důsledkem je vytvoření interferenčních maxim a minim v různých směrech za mřížkou. Poloha maxim a minim je závislá na vlnové délce, proto je optická mřížka (podobně jako hranol) schopna rozkládat bílé světlo na spektrum.

Ohyb světla (difrakce) Schéma mřížkového spektroskopu mřížka spojná čočka stínítko

Ohyb světla (difrakce) Schéma mřížkového spektroskopu mřížka monochromatické světlo spojná čočka stínítko

Ohyb světla (difrakce) Schéma mřížkového spektroskopu mřížka monochromatické světlo spojná čočka stínítko

Ohyb světla (difrakce) Schéma mřížkového spektroskopu mřížka monochromatické světlo spojná čočka stínítko

Ohyb světla (difrakce) Schéma mřížkového spektroskopu mřížka monochromatické světlo spojná čočka stínítko

Ohyb světla (difrakce) Schéma mřížkového spektroskopu mřížka monochromatické světlo spojná čočka stínítko

Ohyb světla (difrakce) Schéma mřížkového spektroskopu mřížka monochromatické světlo obraz na stínítku spojná čočka stínítko

Ohyb světla (difrakce) Schéma mřížkového spektroskopu mřížka bílé světlo obraz na stínítku spojná čočka stínítko

Ohyb světla (difrakce) monochromatické světlo po průchodu mřížkou bílé světlo po průchodu mřížkou (mřížkové spektrum) monochromatické světlo po průchodu pravoúhlou síťovinou (např. velmi jemnou látkou)

interferenční obrazce kolem dvou blízkých bodů v optickém mikroskopu Ohyb světla (difrakce) interferenční obrazce kolem dvou blízkých bodů v optickém mikroskopu Ohyb světla negativně ovlivňuje možnost pozorování velmi malých předmětů optickým mikroskopem. Dochází k ohybu, který znemožňuje přesné zaostření.

Polarizace světla Šíří-li se elektromagnetické vlnění vzniklé např. vyzařováním elektromagnetického dipólu (antény), leží všechny vektory elektrické intenzity v jedné rovině. Rovněž vektory magnetické indukce leží v jedné rovině (kolmé k rovině vektorů elektrické intenzity). Takové vlnění se nazývá polarizované. E B Pohled ve směru šíření vlnění:

Polarizace světla Šíří-li se elektromagnetické vlnění vzniklé např. vyzařováním elektromagnetického dipólu (antény), leží všechny vektory elektrické intenzity v jedné rovině. Rovněž vektory magnetické indukce leží v jedné rovině (kolmé k rovině vektorů elektrické intenzity). Takové vlnění se nazývá polarizované. E Pohled ve směru šíření vlnění: Poznámka: Stačí uvažovat např. vektor elektrické intenzity – vektor magnetické indukce je k němu vždy kolmý.

Polarizace světla Běžné světlo (např. vyzařované žárovkou) tuto vlastnost nemá. Směry, v nichž kmitá vektor elektrické intenzity jsou nahodilé; světlo je nepolarizované. Pohled ve směru šíření vlnění:

Polarizace světla Běžné světlo (např. vyzařované žárovkou) tuto vlastnost nemá. Směry, v nichž kmitá vektor elektrické intenzity jsou nahodilé; světlo je nepolarizované. Pohled ve směru šíření vlnění: Při některých procesech může i z nepolarizovaného světla vzniknout světlo polarizované: – polarizace odrazem a lomem – polarizace dvojlomem – polarizace absorpcí

Polarizace světla polarizace odrazem a lomem

Polarizace světla polarizace odrazem a lomem dopadající nepolarizované světlo

Polarizace světla polarizace odrazem a lomem odražené světlo polarizované v rovině kolmé k rovině dopadu polarizace odrazem a lomem dopadající nepolarizované světlo

Polarizace světla polarizace odrazem a lomem odražené světlo polarizované v rovině kolmé k rovině dopadu polarizace odrazem a lomem dopadající nepolarizované světlo lomené světlo polarizované v rovině dopadu

Polarizace světla polarizace odrazem a lomem odražené světlo polarizované v rovině kolmé k rovině dopadu polarizace odrazem a lomem dopadající nepolarizované světlo lomené světlo polarizované v rovině dopadu Světlo polarizované odrazem i lomem je většinou polarizováno pouze částečně: odražené světlo lomené světlo

Polarizace světla polarizace dvojlomem Některé krystaly (např. islandský vápenec) jsou opticky anizotropní (světlo se v nich šíří v různých směrech různou rychlostí). Paprsek vstupující do takového krystalu se rozdělí na dva (řádný a mimořádný), které se lámou pod mírně odlišným úhlem. Oba paprsky jsou zcela (lineárně) polarizované v navzájem kolmých rovinách.

Polarizace světla polarizace absorpcí – polarizační filtry Některé plastické materiály mohou při vhodné technologii výroby propouštět pouze světlo polarizované v jisté rovině.

Polarizace světla polarizace absorpcí – polarizační filtry Některé plastické materiály mohou při vhodné technologii výroby propouštět pouze světlo polarizované v jisté rovině. dva polarizační filtry se shodnými směry polarizace – prochází většina světla

Polarizace světla polarizace absorpcí – polarizační filtry Některé plastické materiály mohou při vhodné technologii výroby propouštět pouze světlo polarizované v jisté rovině. dva polarizační filtry se shodnými směry polarizace – prochází většina světla dva polarizační filtry s kolmými směry polarizace – světlo téměř neprochází

Polarizace světla Fotografické polarizační filtry bez filtru s filtrem Užití polarizace: Fotografické polarizační filtry bez filtru s filtrem Při fotografování je možno použitím polarizačního filtru odstranit nežádoucí odlesky. Odražené světlo je částečně polarizované a po průchodu (vhodně orientovaným) polarizačním filtrem je zeslabeno.

Polarizace světla Užití polarizace: Prostorové zobrazování: Dva obrazy pro pravé a levé oko jsou polarizovány v navzájem kolmých rovinách a promítnuty přes sebe na plátno. Pomocí brýlí s polarizačními filtry (rovněž orientovanými tak, aby roviny polarizovaného světla procházející levým a pravým sklem byly navzájem kolmé) prochází do každého oka vždy jen jeden obraz (používá se např. v kině IMAX) polarizační brýle

Polarizace světla Užití polarizace: LCD zobrazovač – „tekuté krystaly“: Elektrické pole ovlivňuje vnitřní strukturu jistých organických látek, čímž se mění i jejich optické vlastnosti – např. rovina polarizace světla, které jimi prochází. černobílý LCD displej barevný LCD monitor

Obrázky, animace a videa použité v prezentacích E-učitel jsou buď originálním dílem autora, nebo byly převzaty z volně dostupných internetových stránek.