OPTIKA
Hullámoptika
Dr. Seres István
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: A fény elektromágneses hullám
S S E
Seres István
2
H
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Elektromágneses spektrum
c= f
Seres István
Elnevezés
Hullámhossz
Frekvencia
Váltóáram
> 3000 km
< 100 Hz
Hangfrekvenciás váltóáram
< 3000 km
> 100 Hz
Hosszúhullámok
< 30 km
> 10 kHz
Hosszúhullám (LW)
< 10 km
> 30 kHz
Középhullám (MW)
< 650 m
> 650 kHz
Rövidhullám (KW)
< 180 m
> 1,7 MHz
Ultrarövid hullám (URH)
< 10 m
> 30 MHz
Mikrohullám
300 µm - 30 cm
1 GHz - 1 THz
Infravörös sugárzás (IR)
< 1,0 mm
> 300 GHz
Fény
380 - 780 nm
> 384 THz
Ultraibolya sugárzás (UV)
< 380 nm
> 789 THz
röntgensugárzás
< 1 nm
> 300 PHz
Gamma-sugárzás
< 10 pm
> 30 EHz
3 http://fft.szie.hu www.szgti.bmf.hu/opto/2_EM_Spektr.htm
Hullámoptika
OPTIKA
Látható fény tartomány
Seres István
Vörös
640 - 780 nm
384 - 468 THz
Narancs
600 - 640 nm
468 - 500 THz
Sárga
570 - 600 nm
500 - 526 THz
Zöld
490 - 570 nm
526 - 612 THz
Kék
430 - 490 nm
612 - 697 THz
Ibolya
380 - 430 nm
697 - 789 THz
4
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámjelenségek: • a fény sebessége • polarizáció • kettőstörés • diszperzió • interferencia • elhajlás Seres István
5
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
A fény terjedési sebessége Römer (1675) Hold két eltűnése közötti időtartamokat mérte: ABC íven (fél év alatt) kb. 1000 s volt az együttes késés (CDA íven ugyanennyi együttes „sietés”) Probléma: a Föld-Nap távolságot pontosan kell ismerni
Seres István
6
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
A fény terjedési sebessége Fizeau (1849) Gyorsan forgó fogaskerekeken a fény bizonyos fordulatszám esetén nem jut át, mivel a véges terjedési idő alatt a fogaskerék foga elfordul.
Probléma: a fordulatszám stabil értéken tartása és pontos mérése http://www.tiszaparti-szolnok.sulinet.hu/Sulinetverseny/12b2001/Uses/Feny/Fenysebesseg_meresi_modszerei.htm
Seres István
7
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Polarizáció: Csak transzverzális hullám esetén tapasztalható
Lineárisan polarizált hullámban a rezgési sík csak egy adott síkkal párhuzamos lehet Seres István
8
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Polarizáció: A fény: transzverzális (polarizálható) elektromágneses hullám Polárszűrők
párhuzamos és keresztezett állásban Seres István
9
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Polarizáció: A felületről visszavert fény sokszor polarizált Brewster szög
sin
sin
sin
cos
Seres István
tg
n
10
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Polarizáció: A felületről visszavert fény sokszor polarizált Ugyanarról a kirakatról polárszűrő nélkül és polárszűrővel készített kép
http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/Feny/p241.htm
Seres István
11
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Polarizáció: A felületről visszavert fény sokszor polarizált Ugyanarról a témáról polárszűrő nélkül és polárszűrővel készített kép
http://www.polarization.com/water/water.html
Seres István
12
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Polarizáció: felhasználása • technika Polárszűrős szemüveg, mikroszkópia fényképezés, LCD kijelzők, polarizációs iránytű, stb. • természet szórt sugárzás tájékozódás (méhek) táplálék keresés (octopus ) Seres István
13
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Polarizáció: LCD képernyő, LCD kijelző
Seres István
14
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: A fény elektromágneses hullám: Diszperzió: Különböző hullámhosszúságú összetevők szóródása)
• prizma (spektrométer) • kromatikus aberráció
• szívárvány • stb. Seres István
15
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: A fény elektromágneses hullám: Diszperzió
rés
fényforrás
Seres István
prizma
Ernyő
16
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: Diszperzió oka: a törésmutató hullámhosszfüggő Néhány átlátszó anyag törésmutatója
ibolya
kék
zöld
sárga
narancs
vörös
410 nm
470 nm
550 nm
580 nm
610 nm
660 nm
koronaüveg
1,538
1,531
1,526
1,552
1,522
1,52
könnyû flintüveg
1,604
1,596
1,591
1,588
1,587
1,585
kvarc
1,557
1,551
1,547
1,544
1,543
1,542
gyémánt
2,458
2,444
2,426
2,417
2,415
2,41
jég
1,317
1,3136
1,3110
1,3087
1,3080
1,306
Seres István
17
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: Diszperzió: kromatikus aberráció
Seres István
18
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: Diszperzió: szívárvány
http://www.atoptics.co.uk/rainbows/primcone.htm
Seres István
19
http://fft.szie.hu
OPTIKA
Hullámoptika
Hullámoptika: Diszperzió: szívárvány
http://www.kep-tar.hu/download.php?img=192389
Seres István
20
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: A fény elektromágneses hullám: interferencia •Olajfolt nedves úton
•Szappanhártya •CD írott oldala
Seres István
21
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: interferencia
Szappanhártya http://complex.elte.hu/~cserti/okt/O_SpR-4.pdf
Seres István
22
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: interferencia olajfolt Az első és hátsó felületről visszavert sugarak közötti útkülönbség összemérhető a hullámhosszal
Seres István
23
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: interferencia Különböző törésmutatójú dielektrikumokból készített, néhány hullámhossznyi (pontosan meghatározott) vastagságú rétegekből változatos tulajdonságú, pl. nagyon nagy vagy nagyon kis reflexiójú rendszerek http://complex.elte.hu/~cserti/okt/O_SpR-4.pdf alakíthatók.
Seres István
24
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: Antireflexiós réteg Ritkábból sűrűbb közegbe haladva a visszavert hullám 180 fokos fázisugrást szenved! Sűrűbb közegből ritkább közegbe haladva a visszavert hullám nem szenved fázisugrást!
Seres István
25
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Hullámoptika: Antireflexiós réteg
Kioltás (antireflexió) A visszavert sugárban, ha A rétegvastagság =
4 Seres István
26
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Színrendszerek: Additív színrendszer
Seres István
27
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Színrendszerek: RGB (vagy 24 Bit Color):
Egy képpont a piros, a kék és a zöld 256-256-256 féle árnyalatából áll össze, összesen 16 millió színárnyalattal, 24 biten tárolja az információt. Ez additív színrendszer, tehát a három alapszín egyforma keverése fehér, hiányuk fekete színt eredményez. Ezeket a színeket használja minden elektronikus kivetítőeszköz (monitor, kivetítő).
Seres István
28
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Színrendszerek: RGB (vagy 24 Bit Color):
Seres István
29
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Színrendszerek: Szubsztraktív színrendszer
Seres István
30
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Színrendszerek:
CMYK (vagy 32 Bit Color): Egy képpont a türkiz (Cyan), a bíbor (Magenta) a sárga (Yellow) (másodlagos alapszínek) és a fekete (blacK) 256*4 féle árnyalatából áll össze.
32 biten (4 byte) tárolja az információt. 4,3 milliárd árnyalata lehet egy képpontnak. Seres István
31
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Színrendszerek:
Seres István
32
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Komplementer színek: A színkörön vele szemben levő szín
Seres István
33
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Polarizáció, színkeverés: LCD képernyő
Seres István
34
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Látás, az emberi szem:
http://www.mozaik.info.hu/MozaWEB/feny/p431.htm
Szaruhártya ~ 42 dioptria, szemlencse ~ 24 dioptria Seres István
35
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Látás, az emberi szem: • k állandó
• t változik • D= 1/f változik a szemlencse alakjának változtatásával • pupilla: fényerősség szabályozás
Seres István
36
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Látás, az emberi szem:
Seres István
37
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Látás, az emberi szem: Látóideghártya (retina): Gömbszelet alakban elhelyezkedő szerv, mely a szemgolyó falának legbelső rétegét képezi. Tartalmazza azokat az érzékelősejteket (csapok és pálcikák), melyek képesek a fényingert elektromos ingerületté átalakítani. http://www.mozaik.info.hu/MozaWEB/feny/p431.htm
Seres István
38
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Látás, az emberi szem: Csapok: http://www.mozaik.info.hu/MozaWEB/feny/p431.htm
Olyan fényérzékelő receptor-sejtek, melyek a világosban látásért felelősek. Az emberi retina 6-7 millió csapot tartalmaz. Az éleslátásért és a színlátásért felelősek. Ez utóbbitól származik elnevezésük is: a vörös, a zöld és a kék csapok a nevüknek megfelelő hullámhosszúságú ún. elsődleges fényt érzékelik leginkább. Seres István
39
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Látás, az emberi szem: Pálcikák: http://www.mozaik.info.hu/MozaWEB/feny/p431.htm
Olyan fényérzékelő receptor-sejtek, melyek a sötétben látásért felelősek. Az emberi retina 125 millió pálcikát tartalmaz. Alacsonyabb ingerküszöbbel rendelkeznek, mint a csapok, így sötétben csak ezek működnek, de nem érzékelik a különbséget a színek között, és nem képesek a tárgyak részleteinek és körvonalainak éles megkülönböztetésére.
Seres István
40
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Látás, az emberi szem:
http://www.mozaik.info.hu/MozaWEB/feny/p431.htm
Seres István
41
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Látás, az emberi szem:
Seres István
vakfolt
42
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Bohr modell Mikor bocsát ki elektromágneses hullámot (pl. fényt) az atom?
Ha az elektronja gerjesztett állapotból visszatér alapállapotba. Gerjesztési módok: •Termikus gerjesztés (izzószál) •Ütközési gerjesztés (fénycső, kompakt fénycső)
Seres István
43
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
Atom által kibocsátott spektrum (pl. izzó gáz)
OPTIKA
Vonalas színkép
Rés Prizma
Atomi fényforrás
Seres István
Ernyő
44
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Emissziós színképek Hélium
Oxigén
Xenon
Seres István
45
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Elmélet: abszolút fekete test Definíció: minden ráeső sugárzást elnyel. modellje: üreg
Seres István
46
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Elmélet: Wien-féle eltolódási törvény T
5C 2
2 ,8978 10
3
mK
•Melegített vas színe változik •Kék színű csillagok melegebbek Seres István
47
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
Fényforrások Nap spektruma: (T ~ 5800 K) max
T
2 ,898 10
3
mK
Besugárzási intenzitás (W/m2 m)
OPTIKA
Természetes fény A légkörön kívül
A felszínen
Hullámhossz ( m)
max
5·10-7 m = 500 nm
Seres István
48
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Fényforrások Izzószálas égő
Fekete test sugárzása: Wien-féle eltolódási törvény max
T
2 ,898 10
3
mK
http://www.egglescliffe.org.uk/physics/astronomy/blackbody/Image21b.gif
Seres István
49
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Fényforrások Fénycső, kompakt fénycső Ütközési gerjesztés a nagy feszültégre gyorsított gázionok segítségével beépített transzformátor Fénycső: 50 Hz villog!!! Kompakt fénycső 30 000 Hz egyenletes fény Fénycsövek színe fényporozás nélkül
Neon Seres István
Hélium
Xenon 50
Kripton
Argon
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Fényforrások LED pn átmenet nyitóirányú kapcsolása A rekombinálódó elektronok a felesleges energiájukat fotonok formájában adják le. http://www.hazi-mozi.hu/cikkshow.php?aid=3&cid=678
Seres István
51
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Fényforrások Lézer
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Seres István
52
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Fényforrások Lézer Spontán és indukált emisszió
Normál populáció, Inverz populáció tükörrezonátor http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/FY_lezer.htm
Seres István
53
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Fényforrások He-Ne Lézer Normál populáció, Inverz populáció
tükörrezonátor
Seres István
54
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Fényforrások félvezető lézer
Seres István
55
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Fényforrások Lézerfény tulajdonságai •Monokromatikus (1 színképvonal) •Koherens •párhuzamos nyaláb •Nagy energiasűrűség
Seres István
56
http://fft.szie.hu
Hullámoptika
OPTIKA
Lézerfény hatásai •Hőhatás, ionizáció, fluoreszcencia, fotokémiai reakciók elsősorban a hőhatás elvén működnek: Például a CO 2 lézer: vízben szinte tökéletesen elnyelődő 10.6 m –es infravörös
a kék vagy zöld színű argonlézer csak a pigmentált részen nyelődik el. a szem részein minden károsító hatás nélkül keresztülhalad, ugyanakkor az erősen pigmentált retina elnyeli. Seres István
57
http://fft.szie.hu
