Fizikalna optika 1 Interferencija valova svjetlosti Uvjeti koherencije

Fizikalna optika 1

• Interferencija valova svjetlosti • Uvjeti koherencije • Interferencija na tankim filmovima • Newtonova stakla • Difrakcija (na pukotini, na pukotinama, na opt. rešetki) • Polarizacija 2

Youngov pokus Svjetlo iz monokromatskog izvora pada na zaslon Z 1 s malim otvorom. Taj otvor je ujedno točkasti izvor svjetlosti. Svjetlo iz tog izvora pada na zaslon Z 2 s dvije rupice, S 1 i S 2, na malom razmaku. Otvori S 1 i S 2 djeluju kao sekundarni monokromatski izvori koji su koherentki. Iza zaslona nastaje prekrivanje snopova svjetlosti koji se šire od tih izvora, pa se javlja interferencija. Međutim, pojava je jedva vidljiva. Puno bolji rezultati se dobivaju ako se kružni otvori zamijene paralelno postavljenim uskim pukotinama. 3

Dvije zrake koje interferiraju na zastoru Z u točki A imaju razliku u hodu: 4

Na zastoru se pojavljuje svjetlo ako je razlika hoda cjelobrojni višekratnik valnih duljina svjetlosti, tj. Udaljenost maksimuma svjetlosti od središta zastora je: Osim Youngovog pokusa, Fresnelovom biprizmom. promatrat ćemo i pokus s 5

Snop svjetlosti iz uske pukotine S, biprizmom je podijeljen na dva snopa koja se djelomično prekrivaju. Biprizma daje dvje virtualne slike S 1 i S 2, od pukotine S. Te su slike izvori iz kojih se šire koherentni valovi. Kada zastor postavimo okomito na optičku os, bilo gdje u području preklapanja snopova, vidjet ćemo pruge interferencije. 6

Uvjeti koherencije Kada se slažu tj. kada dva koherentna valna paketa interferiraju, osim ustanovljene razlike u hodu mora biti ispunjen i uvjet da je ta razlika manja od koherentne duljine , tj. 7

Idući uvjet koherencije dolazi od činjenice što izvori nisu točkasti već konačnih dimenzija. Promatramo emisiju svjetlosti iz krajnih točaka A i B. Kada će svjetlost iz dva otvora I 1 i I 2 biti koherentna i u točki P davati interferencijsku sliku? Prvo nađemo razlike u hodu između zraka koje dolaze iz točke A i točke B. Svjetlo iz I 1 i I 2 formirat će interferencijsku sliku u točki P ako je razlika hoda manja od valne duljine svjetlosti koju emitira izvor. 8

Ako je izvor uzak, a kut otvora malen, tada će svjetlo iz točaka izvora koje neovisno emitiraju svjetlost obasjavati otvore I 1 i I 2, a svjetlo iz njih formitat će na zastoru u točki P stacionarnu interferencijsku sliku. 9

Lom i odbijanje svjetlosti na tinjcu Zraka svjetlosti upada na ploču u točki A, djelomično se reflektira i to je zraka 1, a djelomično lomi u tinjac. Lomljena zraka se djelomično reflektira u točki B i tako nastaje zraka 2 koja nakon izlaska iz tinjca putuje paralelno sa zrakom 1. Geometrisjka razlika hoda je 2 AB –AD. Optička razlika hoda je: refleksija u točki A je na optički gušćem sredstvu, a to je kao da se val zrake 1 pomaknuo u smjeru gibanja za polovinu valne dužine. Pri prijelazu u gušće sredstvo valovi postaju kraći, skraćenje je srazmjerno indeksu loma n, tj imamo u 10 tinjcu /n.

Optička razlika u hodu je: 11

Interferencija svjetlosti na tankim filmovima Promatranje slično onome u geometrijskoj optici za planparalelnu ploču. Optička razlika u hodu za zrake koje interferiraju u točki S dana je izrazom: gdje ovisi o indeksima loma i može biti 0, odnosno /2. 12

Newtonova stakla B C Newtonova stakla sastoje se od planparalelne ploče i na nju položene plankonveksne leće. U točki dodira C razmak je nula, a u točki B udaljenoj r razmak je d. Polumjer zakrivljenosti leće R je puno veći od d. C 13

Newtonovi kolobari Ako svjetlost pada okomito na površinu Newtonovih stakala, za razliku hoda reflektiranih zraka na staklima vrijedi izraz: 14

Michelsonov interferometar Z 2 (pokretno zrcalo) l 2 l 1 Z 1 15

Ogib ili difrakcija Za analitičko objašnjenje koristimo se metodom rotirajućih vektora. Iz svakog dijela pukotine pod kutom izlazi elementarni val amplitude E 0. Kut može poprimiti vrijednosti od 0 do ± /2 rad. Ukupna amplituda E( ) u smjeru dobiva se u točki u beskonačnosti zbrajanjem svih amplituda valova koje 16 imaju ogib za kut .

[ Pukotinu širine d podijelimo na m dijelova] 17

Uvjet za minimum: Uvjet za pokrajni maksimum: 18

Ogib na dvije pukotine 19

[Širina pukotine d, a razmak između pukotina D] Minimum: Maksimum: 20

21

Optička rešetka (Kulišić str. 267) Standardna metoda istraživanja strukture kristalne tvari jest metoda difrakcije (ogiba) rentgenskih zraka u kristalu koja se temelji na činjenici da je pravilni raspored atoma u kristalu za rentgensko zračenje isto što i optička rešetka za vidljivi dio spektra elektromagnetskih valova. 22

Holografija 23

Polarizacija 24