Jitka Prokšová OPTZ,S úvodní přednáška Optika Jitka Prokšová OPTZ,S úvodní přednáška

Proč vidíme předměty kolem nás a jak vnímáme barvy? Proč je obloha modrá? Proč jsou mokré předměty tmavší než suché? Jak vzniká duha? Může být Slunce zelené? Jaký je princip polaroidů? Jak vznikají optické přeludy? Jak funguje noktovizor (infrahled)? Proč světlušky svítí? Kdo první změřil rychlost světla?

Obsah přednášky OPTZ, S 1. Podstata světla a jeho šíření 2. Geometrická optika 3. Vlnová optika 4. Průchod světla prostředím 5. Základní pojmy z fotometrie 6. Základy holografie a nelineární optiky 7. Fyziologie vidění 8. Atmosférická optika

Vývoj názorů o světle · příčiny a podstata zrakového vjemu, · základní zákonitosti světelných jevů, rychlost světla, vzájemné působení světla a hmoty.

Geometrická (paprsková) optika Základy: Euklides (300 p.K.) – zákon odrazu světla pro rovinná i kulová zrcadla („Světlo se šíří z očí, protože při jejich zavření je tma.“) Isaac Newton (1643 - 1727) emanační (korpuskulární) teorie světla

světelný paprsek – složen ze světelných částic (tvaru koule), šířících se přímočaře podle zákonů klasické mechaniky odraz světla – odraz dokonale pružné částice (koule) lom světla – způsoben přitažlivostí mezi světelnými částicemi a lámavým prostředím, – změna rychlosti částice při přechodu z jednoho prostředí do druhého (nesouhlas: chybné rychlosti šíření částic)

interference – Newtonovy kroužky – výklad: jev, který dokazuje vlnovou povahu světla, spojoval Newton s periodičností nebo s kmitáním prostředí

Vlnová a elektromagnetická teorie světla Christian Huygens (1629 - 1695) 1678: undulační (vlnová) teorie Thomas Young ( 1773 - 1829) 1801: uznání vlnové teorie (vysvětlení interferenčních jevů)

Huygensovy předpoklady světelný rozruch jako pružný impuls šířící se éterem (který zaplňuje i vnitřek předmětů) každý bod, do kterého vlnění dospělo, se stává zdrojem nového rozruchu Huygensovy objevy polarizace světla v krystalech světlo je příčné vlnění Paradox: korpuskulární teorie vysvětlovala interferenci světla (chybně) - vlnová ne

Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827) 1820: příčné vlnění James Clerk Maxwell (1831 - 1879) Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) 1890: získal pomocí kmitavého obvodu elektromagnetické vlny o krátké vlnové délce a ukázal, že se spojují a odrážejí jako vlny světelné

Kvantová teorie světla Max Planck Albert Einstein (1858 - 1947) (1879 - 1955)

Optické jevy – dualismus: světlo má vlastnosti, které svědčí o jeho vlnové povaze a jiné, které dokazují korpuskulární charakter Kvantová optika: teorie, která popisuje jak vlastnosti světla, tak vlastnosti atomů, de Broglieho vztahy – přechod od korpuskulární teorie k vlnové teorii Renesance optiky (objev laserů, aplikace v informatice, optoelektronice)

Světlo v paprskové optice

Jednoduchý optický přístroj camera obscura přímočaré šíření světla (stínítko vzdáleno 30 cm od otvoru o průměru 0,8 mm)

Světlo - elektromagnetická vlna

Postupná elektromagnetická vlna: vektor intenzity elektrického i magnetického pole je vždy kolmý na směr šíření vlny příčné vlnění

Polarizační jevy

přirozené světlo (přímé sluneční světlo, žárovka, plamen svíčky...) - nepolarizované

Vznik lineárně polarizovaného světla: odrazem lomem úplným odrazem dvojlomem absorpcí (dichroismus) rozptylem interferencí

Užití polarizace polarizační filtry (tlumení nežádoucího osvětlení, odlesků při fotografování) fotoelasticimetrie (umělý dvojlom - ke zjištění mechanických napětí v modelech z plexiskla) elektrooptické jevy (modulace světelného svazku)

Skládání a ohyb světla

Výrazným projevem vlnových vlastností světla, zejména u světla monochromatického, je interference a difrakce. Jev spočívá ve skládání různých příspěvků vlnění v daném místě. Jeho projevem je vznik interferenční nebo difrakční struktury - u monochromatického světla se objevují světlé a tmavé proužky, u bílého světla jasné centrální maximum a spektrálními pásy jednotlivých řádů.

Pro pozorování interference je důležitá koherence světla, tedy dobrá definovanost a uspořádanost světla (světlo z různých zdrojů má v daném místě stejnou fázi, neměnící se s časem). U přirozených zdrojů nedovoluje sítnice našeho oka interferenční jevy pozorovat. Je schopna zaznamenat změnu intenzity světla, trvá-li alespoň 1/10 sekundy. Lasery: koherentní paprsky monofrekvenčního světla s vysokou intenzitou. Základ pro holografii.

Skládání (interference) světla

Ohyb (difrakce) světla

Ohyb světla na kruhovém otvoru:

Ohyb světla na mřížce:

Užití interference protiodrazové vrstvy (porézní vrstva kryolitu: n = 1,34) interferenční filtry (pološířka filtru: rozdíl vlnových délek, při nichž klesne propustnost na 1/2) odrazové vrstvy, dielektrická zrcadla (kombinace více vrstev - vysoká hodnota n)

Průchod světla prostředím

Rozptyl světla

Podle toho, zda se rozptylem mění nebo nemění vlnová délka světla, rozeznáváme: I. bez změny vlnové délky světla: a) molekulární rozptyl v homogenním prostředí b) Rayleighův rozptyl v nehomogenním prostředí II. se změnou vlnové délky světla: Ramanův rozptyl

Rozklad světla

Základy holografie

Fyziologie vidění

Atmosférická optika

Kvantová optika