c közeg. Optika Gröller BMF Kandó MTI

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Optikai alapfogalmak • Fény: transzverzális elektromágneses hullám

n = cvákuum/cközeg


1

Az elektromágneses spektrum



2

Az anyag és a fény kölcsönhatása • Visszaverődés, reflexió • Törés, kettőstörés, polarizáció • Elnyelés, abszorpció, szórás • Fénykibocsátás, fotoeffektus • Fotokémiai reakciók • Elektrooptikai, magnetooptikai hatás


Visszaverődés • Fresnel törvény merőleges beesésnél: (minden közeg határfelületén, iránytól független) • Szögfüggés:

(n1 – n2)2 R= (n1 + n2)2

• Brewster szög: polarizációs sík

szerinti szétválás: a párhuzamos megtörik (Rpárh=0), a merőleges visszaverődik Optika Gröller BMF Kandó MTI

3

Reflexió módosítása dielektrikum-rétegekkel Antireflexiós (AR) bevonat: • Átlagos üvegfelületről (n = 1,5), R ≈ 4% • Rétegvastagság: n1d = λ/4 • Két visszavert sugár gyengítő interferencia • Teljes kioltás, ha: • Függ: hullámhossz beesési szög • Egyrétegű bevonat: R ≈ 1% Optika Gröller BMF Kandó MTI

Többrétegű bevonatok • Szélesebb λ-tartomány • Szabályozható áteresztés, visszaverés, pl: interferenciaszűrő • Dielektrikum tü tükrö krök: visszaverés irányában erősítő interferencia Felváltva nagy és kis törésmutatójú rétegrendszer, λ/2, λ/4 rétegek, Fehér fényre: R ≈ 99%, csak egy λ -ra: R ≈ 99,999% pl. lézerek, rétegszám: 31-35 Optika Gröller BMF Kandó MTI

4

• Alkalmazások: – Interferenciaszűrők – Hidegtükrök (infrát nem veri vissza) pl. vetítőlámpa – Lencsék tükrözésmentes bevonata – „Egyirányú” tükrök – Kirakatüveg

• Réteganyagok: – Kis n: MgF2, kriolit – Nagy n: ZrO2, TiO2, ZnS

A legjobban tükröző fémek reflexiós spektruma Optika Gröller BMF Kandó MTI

Fénytörés • Schnellius-Descartestörvény:

n =sinα /sinβ =c1 /c2 • A törésmutató függ a hullámhossztól →

Diszperzió Diszperzió

Optikai adatátvitelben a

• Fény felbontása jelsebesség függ a λ -tól, a jel hullámhossz szerint, kiszélesedik, csökken az átviteli spektroszkópia, ékszerek kapacitás → csillogása

Anyagdiszperzió [ps/nm/km] Optika Gröller BMF Kandó MTI

5

• Lencsék, lencserendszerek kromatikus hiba: fehér fényt használva minden hullámhosszra máshol van az éles kép • Korrekció: kétféle optikai üvegcsalád: korona és flint • ν: Abbe-szám


Kettőstörés, polarizáció • Anizotrópia: az anyagi tulajdonságok pl. n, ρ, D függenek a vizsgálati iránytól • Izotróp anyagok: gázok, folyadékok, polikristályos anyagok, szimmetrikus rácsú egykristályos anyagok • Anizotróp: nem szabályos rendszerű egykristályos anyagok, folyadékkristályok

• Anizotróp anyagokban kristálytani tengelyek irányában más más törésmutató no (rendes, ordinárius), neo (rendellenes, extraordinárius) SiO2, kvarc: 1,544 1,553 TiO2, rutil: 2,616 2,903


6

• Két megtört fénysugár polarizációja egymásra merőleges • A polarizáció síkja megegyezik a főtengelyek irányával. • Kettőstörést / anizotrópiát okozhat: – Mechanikai feszültség – Makromolekulák rendeződése – Elektromos, mágneses tér


Polisztirol láncmolekulák rendeződése a fröccsöntő szerszámban

Alkalmazás: • Anyagvizsgálat, • fényerő-szabályozás, • reflexiócsökkentés (pl foto), • LCD kijelző, • optikai jelmodulálás Egy meteorit kőzetszemcse polarizációs mikroszkópi képe


7

Fényelnyelés • Foton energiája megfelel egy elektron energia-átmenetnek • Fekete, fehér, átlátszó, színes anyagok: a látható spektrumból mást-mást nyelnek el


Mágneses tulajdonságok


8

Alapfogalmak B = µ0 µrel H B: Indukció (T) H: Térerősség (A/m) µ0: vákuum permeabilitása = 4 10-7 Vs/Am µrel : relatív permeabilitás, anyagi jellemző B = µ0 H + M, ill. M = χ H M: mágnesezettség χ: mágn. szuszceptibilitás, anyagi jellemző

µrel = 1 + χ Optika Gröller BMF Kandó MTI

Alaptípusok: • Paramágneses: µrel > 1 • Diamágneses: µrel < 1 • Ferromágneses: µrel >> 1 )

χ > 0 χ< 0 χ >> 0 (µrel ~ χ


9

Atomi szintű értelmezés • Elektron mágneses momentuma: Pályamenti mozgás, Spin • Bohr-magneton: a mágneses dipólmomentum egysége: µB = eh/4πme = 9,27 · 10-24 Am2 • Pálymenti mozgás hozzájárulása: m µB, ahol m az elektron mágneses kvantumszáma ( 0, ±1, ±2..) • Spin hozzájárulása: ± µB • Eredő mágneses momentum: az elektronok momentumainak vektori eredője. Telített héjon, párosított spínű elektronok egymás hatását kioltják. • Csak a külső pályán levő, párosítatlan spinű számít. • Az atommag hozzájárulása elhanyagolható Optika Gröller BMF Kandó MTI

• Diamágneses anyagok: – χ ~ -10-5, – Alkalmazás ritka

• Szupravezetők: ideális diamágneses viselkedés: χ = -1

• Paramágneses anyagok: – χ ~ 1…100·10-5 – Alkalmazás: mágneses szétválasztás, mérés (pl O 2) • Ferromágneses anyagok: • Fe, Co, Ni, Gd, Fe2O3,

CrO2, ötvözetek, stb.

• Szerkezeti tulajdonság is: elemi dipólusok erősek, egymást is irányítják • Rendezett tartományok, A domének átfordulása ferromágneses domének anyagok első mágnesezése során Optika Gröller BMF Kandó MTI

10

Ferromágneses jellemzők • Hiszterézis • Domén szerkezet 10-2 …10-5 cm Weiss 1907, kimutatás Bitter 1931 • Curie-hőmérséklet • Magnetostrikció: a doménszerkezet átalakulásával méretváltozás (+ -), mechanikai feszültség

Jellegzetes mágnesezési görbe Optika Gröller BMF Kandó MTI

A doménfalak mozgása Fe egykristályban, növekvő térerősség hatására

Lágy és kemény mágnes ideális mágnesezési görbéje Optika Gröller BMF Kandó MTI

11

Lágymágnesek • Nagy telítési indukció • Kis hiszterézis • Kis Hc (< 300A/m), nagy fajlagos ellenállás Alkalmazás: • Elektromágneses indukción alapuló: transzformátor, motor, generátor • Elektromechanikus eszközök: emelők, relék, mágneskapcsolók • Mágneses árnyékolók Optika Gröller BMF Kandó MTI

Anyagok: – Fe: nagy hiszterézis és örvényáram veszteség – Fe-Si (1 – 4%) C és O szennyezés káros Erősáramú alk – Ni – Fe (80 : 20) permalloy, Ni,Fe, Mn,Mo: supermalloy – Fémüvegek, nanokristályos ötvözetek – Ferritek: MnFe2O4-ZnFe2O4, NiFe2O4ZnFe2O4 – Gránátok: 3M2O35Fe2O3 M: Y, Sm, Eu, Gd Optika Gröller BMF Kandó MTI

12

Állandó mágnesek • Nagy Hc, Br, nagy energiaszorzat (BHmax)

W = 1/2H·B·V Nagy hiszterézis Kicsi krisztallitok, benne már nincs doménfal, átmágnesezés nehezebb

Anyagok: – acél ötvözetek (Cr, Ni, Co, W, Ti, Al) – Ferritek: MOFe2O3, MO6Fe2O3 M: Ba, Sr, Co – Ritkaföldfém-Co ötvözetek: RCo5, R2Co17 R: Sm, Pr, Nd, La,Ce, Tb, Eu, Gd Optika Gröller BMF Kandó MTI

Alkalmazások • Mágneses információ tárolás: merevlemez, floppy, magnó, videó • Híradástechnika: hangszóró, mikrofon • Mérőműszerek, galvanométer


13

c közeg. Optika Gröller BMF Kandó MTI

Recommend Documents