Wyklad9.%20Rozpraszanie,%20odbicie%20i%20zalamanie%20swiatla - PowerPoint PPT Presentation

View by Category
About This Presentation
Title:

Wyklad9.%20Rozpraszanie,%20odbicie%20i%20zalamanie%20swiatla

Description:

Wyk ad9. Rozpraszanie, odbicie i za amanie wiat a Rozpraszanie wiat a Wi zka padaj ca, przechodz ca i odbita na p aszczy nianej granicy o rodk w – PowerPoint PPT presentation

Number of Views:339
Avg rating:3.0/5.0
Slides: 90
Provided by: RickT155
Learn more at: http://www.ifpan.edu.pl
Category:

less

Write a Comment
User Comments (0)
Transcript and Presenter's Notes

Title: Wyklad9.%20Rozpraszanie,%20odbicie%20i%20zalamanie%20swiatla


1
Wyklad9. Rozpraszanie, odbicie i zalamanie
swiatla
Rozpraszanie swiatla Wiazka padajaca,
przechodzaca i odbita na plaszczyznianej granicy
osrodków Wspólczynniki odbicia i transmisji
Równania Fresnela Kat Brewstera
Calkowite wewnetrzne odbicie Odbijalnosc i
transmitancja granicy plaszczyznianej
Przesuniecie fazy wskutek odbicia i
zalamania Fala zanikajaca (ewanescentna)
2
8. Swiatlo spójne, niespójne, rozpraszanie i
zalamanie
poprzedni wyklad
  • Interferencja konstruktywna i destruktywna fal
  • Faza wzgledna fal a natezenie
  • Swiatlo spójne a swiatlo niespójne
  • Widzialnosc prazków interferencyjnych jako
    miara spójnosci swiatla
  • Interferometr Michelsona
  • Charakterystyki spójnosci swiatla czas i
    dlugosc koherencji
  • Interferometr (etalon) Fabry-Perot
  • Doswiadczenia interferometryczne, detekcja fal
    grawitacyjnych
  • Zadanie domowe

3
Krysztaly fotoniczne
W przyrodzie istnieja stworzenia obdarzone
zaawansowanymi strukturami fotonicznymi, których
czlowiek nie umie wytworzyc.
Niezwykly, metalicznie blyszczacy kolor samca
motyla Morpho rhetenor (Ameryka Poludniowa)
pochodzi nie od pigmentu, ale od odbicia przez
malutkie wielowarstwowe, gesto upakowane
struktury przestrzenne, pokrywajace skrzydla.
Swiatlo odbite od róznych warstw tej niezwyklej
struktury interferuje (interferencja
destruktywna). Rozpietosc skrzydel 14 17cm.
4
Rozpraszanie swiatla
Kiedy swiatlo napotyka materie, wzbudza drgania
jej czasteczek i powoduje wypromieniowanie
(wtórnych) fal elektromagnetycznych. Ze
zjawiskiem rozpraszania swiatla zwiazane sa tez
zjawiska dyspersji, interferencji i dyfrakcji.
Rozpraszanie swiatla jest wszedzie obecne.
Zachodzi na pojedynczych czasteczkach i
rozciaglych powierzchniach. Rozpraszanie sprawia,
ze np. mleko i chmury sa biale. Rozpraszanie
jest podstawa prawie wszystkich zjawisk
fizycznych.
Rozpraszanie moze byc spójne, badz niespójne.
5
Podstawy opisu rozpraszania
Jesli fazy pól rozpraszanych nie sa przypadkowe,
rozpraszanie jest spójne
Etotal E1 E2 En
I1, I2, In sa irradiancjami poszczególnych
skladowych.
Ei Ej sa czlonami krzyzowymi o róznych
czynnikach fazowych expi(qi-qj). Jesli qi nie
sa przypadkowe, ich suma jest niezerowa!
Jesli fazy sa przypadkowe, dodajemy po prostu
irradiancje rozpraszanie jest niespójne.
  • Itotal I1 I2 In

6
Zasada Huygensa
mówi, iz kazda czasteczka (drobinka) osrodka, do
którego dotarlo czolo fali mozna uwazac za zródlo
nowej fali kulistej. Fale te interferuja ze soba.
Wypadkowa powierzchnie falowa tworzy
powierzchnia styczna do wszystkich powierzchni
fal czastkowych i ja wlasnie mozemy obserwowac.
Formowanie frontu falowego
7
Zasada Huygensa
mówi, iz kazda czasteczka (drobinka) osrodka, do
którego dotarlo czolo fali mozna uwazac za zródlo
nowej fali kulistej. Fale te interferuja ze soba.
Wypadkowa powierzchnie falowa tworzy
powierzchnia styczna do wszystkich powierzchni
fal czastkowych i ja wlasnie mozemy obserwowac.
Rozpraszanie przez poszczególne czasteczki jest
slabe, ale wiele takich rozproszen moze sie
dodac, (szczególnie, gdy jest to rozpraszanie
spójne i konstruktywne) i dac makroskopowy efekt.
Odbicie od porowatych powierzchni (odbicie
dyfuzyjne), dyfrakcja, odbicie i zalamanie
swiatla mozna tlumaczyc jego rozpraszaniem
(zasada Huyghensa).
8
Zazwyczaj obserwujemy wynik interferencji wzdluz
jednego, wybranego kierunku, z dala od obiektu.
Dzieki temu mozemy zastapic fale kuliste przez
fale plaskie w tym kierunku, co bardzo upraszcza
sytuacje (podstawa optyki geometrycznej!!!).
Z dala od obiektu rozpraszajacego front falowy
fal kolowych jest prawie plaski
Zazwyczaj spójna, konstruktywna interferencja
zachodzi w jednym kierunku, zas interferencja
destruktywna we wszystkich pozostalych!.
9
Dla zrozumienia wyniku rozpraszania istotne jest
pojecie opóznienia fazowego.
Fronty falowe
Poniewaz faza jest stala wzdluz frontu falowego,
rozwazyc trzeba opóznienie fazowe danego frontu
falowego wzgledem innych mozliwych frontów
falowych.
L1
L2
Jeden z mozliwych frontów falowych
L3
L4
Obiekt rozpraszajacy
  • Jesli opóznienie fazowe dla poszczególnych fal
    rozproszonych jest takie samo (modulo 2p),
    wówczas rozpraszanie jest konstruktywne i
    koherentne.
  • Jesli opróznienie fazowe jest stale i równe
    wartosci z przedzialu 0 - 2p, wówczas
    rozpraszanie jest destruktywne i koherentne..
  • Jesli opóznienie fazowe jest przypadkowe, wówczas
    rozpraszanie jest niespójne..

10
Przyklad spójnego, konstruktywnego
rozpraszaniaOdbicie od gladkiej powierzchni dla
kata padania równego katowi odbicia
  • Wiazka po odbiciu moze pozostac fala plaska, o
    ile istnieje kierunek, dla którego ma miejsce
    konstruktywna interferencja.

Spójna konstruktywna interferencja w wiazce
odbitej pojawi sie jesli kat padania równy bedzie
katowi odbicia qi qr.
11
Spójne destruktywne rozprasznie Odbicie od
gladkiej powierzchni dla kata padania nierównego
katowi odbicia
  • Wyobrazmy sobie kierunek odpowiadajacy wiekszemu
    katowi. Symetria jest teraz zaklócona i wszystkie
    fazy sa teraz rózne.

Zauwazmy istnienie róznych opóznien fazowych dla
róznych dróg optycznych.
qi
qtoo big
a
Spójna destruktywna interferencja pojawi sie dla
wszystkich kierunków odbitych wiazek, dla których
kat padania nie jest równy katowi odbiciaqi ? qr.
12
Rozpraszanie niespójne odbicie od szorstkiej
powierzchni
Niezaleznie od tego, z którego kierunku patrzymy
na powierzchnie, fale rozproszone na szorstkiej
powierzchni maja rózna faze. Tak wiec
rozpraszanie jest niespójne zobaczymy swiatlo
docierajace z wielu kierunków.
Rozpraszanie spójne zazwyczaj zwiazane jest z
jednym, lub kilkoma dobrze okreslonymi
kierunkami rozpraszanie niespójne odbywa sie w
wielu kierunkach.
13
Co stanie sie z fala, która trafi na granice
osrodków? Nagla zmiana wspólczynnika zalamania
Odbicie (czesciowe) i transmisja (czesciowa) fali
(1D).
Jaka czesc fali zostanie odbita, a jak przejdzie
przez granice osrodków?
14
Odbicie i zalamanierównania Fresnela
15
Granica dwóch osrodków
Plaszczyzna padania (xy) plaszczyzna
zawierajaca wektory k fali padajacej i odbitej
16
Warunki graniczne (osrodki bez ladunków i pradów)
Granica dwóch osrodków
  • ciaglosc skladowych stycznych pól

E1sE2s H1sH2s
EiErEt (HiHr)cos?iHtcos?t
  • ciaglosc skladowych stycznych
  • wektorów falowych

Prawo Snella
17
Warunki graniczne (osrodki bez ladunków i pradów)
Granica dwóch osrodków
  • ciaglosc skladowych stycznych pól

E1sE2s H1sH2s
EiErEt (HiHr)cos?iHtcos?t
Przyjmiemy, ze m m0 wówczas
(HiHr)cos?iHtcos?t ? (BiBr)cos?iBtcos?t
  • ciaglosc skladowych stycznych
  • wektorów falowych

Prawo Snella
18
Warunki graniczne (osrodki bez ladunków i pradów)
Granica dwóch osrodków
  • ciaglosc skladowych stycznych pól

E1sE2s H1sH2s
EiErEt (HiHr)cos?iHtcos?t
  • ciaglosc skladowych stycznych
  • wektorów falowych

Prawo Snella
19
Granica dwóch osrodków
Pola Ei, Er i Et o dowolnej polaryzacji mozna
wyrazic jako kombinacje liniowa pól o
polaryzacji s i p.
Polaryzacja równolegla wzgledem plaszczyzny
padania (polaryzacja p, TM) E do
plaszczyzny padania
Polaryzacja prostopadla wzgledem plaszczyzny
padania (polaryzacja s, TE) E ? do plaszczyzny
padania
20
Równania Fresnela
?
  • Chcemy obliczyc jaka czesc fali zostanie odbita,
    a jak przejdzie przez granice osrodków o róznych
    wspólczynnikach zalamania (Fresnel zrobil to
    pierwszy).
  • Rozwazymy warunki graniczne, jakie musi spelniac
    pole elektryczne i magnetyczne fali swietlnej na
    granicy osrodków.

Polaryzacja prostopadla s
r?
21
Warunki graniczne dla pola elektrycznego na
miedzypowierzchni
  • Skladowe styczne pola elektrycznego sa ciagle
  • Dla polaryzacji prostopadlej calkowite pole E
    jest ciagle (pole E lezy na miedzyplaszczyznie
    granicznej(xz)

Ei(x, y 0, z, t) Er(x, y 0, z, t) Et(x,
y 0, z, t)
Er
Ei
Polaryzacja prostopadla s
ni
Bi
Br
qi
qr
Interface
qt
Et
nt
Bt
22
Warunki graniczne dla pola magnetycznego na
miedzypowierzchni
  • Skladowe styczne pola magnetycznego sa ciagle
  • Dla polaryzacji prostopadlej pole B lezy w
    plaszczyznie (xy), musimy wiec wziac skladowe x

Bi(x, y0, z, t) cos(qi) Br(x, y0, z, t)
cos(qr) Bt(x, y0, z, t) cos(qt)
Polaryzacja prostopadla s
23
Wspólczynniki odbicia i transmisji dla swiatla
spolaryzowanego prostopadle (s)
  • Usredniajac po szybkozmiennej czesci fali
    swietlnej, z warunków ciaglosci wynikaja warunki
    na zespolone amplitudy

24
Wspólczynniki odbicia i transmisji dla swiatla
spolaryzowanego prostopadle (s)
  • Usredniajac po szybkozmiennej czesci fali
    swietlnej, z warunków ciaglosci wynikaja warunki
    na zespolone amplitudy

25
Wspólczynniki odbicia i transmisji dla swiatla
spolaryzowanego prostopadle (s)
  • Usredniajac po szybkozmiennej czesci fali
    swietlnej, z warunków ciaglosci wynikaja warunki
    na zespolone amplitudy

26
Wspólczynniki odbicia i transmisji dla swiatla
spolaryzowanego prostopadle (s)
  • Usredniajac po szybkozmiennej czesci fali
    swietlnej, z warunków ciaglosci wynikaja warunki
    na zespolone amplitudy

27
Wspólczynniki odbicia i transmisji dla swiatla
spolaryzowanego prostopadle (s)
otrzymujemy
Przeksztalcajac
Rozwiazujac wzgledem
otrzymujemy wspólczynnik odbicia
sin (a ß) sin a cos ß sin ß cos
a sin (a - ß) sin a cos ß - sin ß
cos a
Równania Frenela dla swiatla o polaryzacji
prostopadlej
28
Wspólczynniki odbicia i transmisji dla swiatla
spolaryzowanego równolegle (p)
Ei
Br
Bi
Er
ni
qi
qr
Miedzypowierzchnia
qt
Et
nt
Bt
Polaryzacja równolegla
29
Wspólczynniki odbicia i transmisji dla swiatla
spolaryzowanego równolegle (p)
Warunki na zespolone amplitudy
  • B0i - B0r B0t
  • oraz E0icos(qi) E0rcos(qr) E0tcos(qt).
  • Rozwiazujac wzgledem E0r / E0i otrzymujemy
    wspólczynnik odbicia r
  • Analogicznie, wspólczynnik transmisji t E0t
    / E0i wynosi
  • Równania Frenela dla swiatla o polaryzacji
    równoleglej

30
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
powietrze?? szklo
nair nglass
  • nair 1 lt nglass 1.5
  • Zauwazmy, ze
  • Swiatlo o polaryzacji równoleglej zero odbicia
    przy kacie padania zwanym katem Brewstera
  • (qB 56.3 dla powyzszych wartosci ni i nt).

31
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
powietrze?? szklo
dla kata Brewstera ?B
  • Kat Brewstera wystepuje tylko przy
  • polaryzacji p (E plaszczyzny padania).
  • Przy kacie padania równym katowi
  • Brewstera odbijac sie moze
  • tylko fala o polaryzacji s .

Brak odbicia (znikanie r ) dla kata Brewstera
?B to konsekwencja poprzecznosci fal EM oraz
tego, jak oddzialywuja z materia
32
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
powietrze?? szklo
dla kata Brewstera ?B
gdy ?iB ?t ?/2, r 0
?
?iB ?/2 ?t
?
33
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
powietrze?? szklo
dla kata Brewstera ?B
gdy ?i ?t ?/2, r 0
?
?iB ?/2 ?t
trygonometria
?
34
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
powietrze?? szklo
dla kata Brewstera ?B
gdy ?i ?t ?/2, r 0
?
?iB ?/2 ?t
?
35
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
powietrze?? szklo
dla kata Brewstera ?B
gdy ?i ?t ?/2, r 0
?
?iB ?/2 ?t
?
36
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
powietrze?? szklo
nair nglass
  • Jezeli na granice osrodków przezroczystych pada
    swiatlo niespolaryzowane pod katem Brewstera
    (promien odbity i zalamany tworzy kat 90, ), to
    swiatlo odbite jest calkowicie spolaryzowane w
    plaszczyznie równoleglej do granicy osrodków.
  • Promien zalamany jest spolaryzowany czesciowo.

37
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
szklo?? powietrze
nglass nair
  • nglass 1.5 gt nair 1
  • Zauwazmy ze
  • Calkowite wewnetrzne odbicie ma miejsce dla kata
    wiekszego niz pewien kat graniczny
  • Z prawa Snella (poniewaz sin nie moze byc gt 1!)
  • sin(qcrit) nt /ni sin(90?)
  • qcrit º arcsin(nt /ni)

38
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
szklo?? powietrze
nglass nair
  • nglass 1.5 gt nair 1
  • Zauwazmy ze
  • Calkowite wewnetrzne odbicie ma miejsce dla katów
    wiekszych niz pewien kat graniczny
  • Z prawa Snella (poniewaz sin nie moze byc gt 1!)
  • sin(qcrit) nt /ni sin(90?)
  • qcrit º arcsin(nt /ni)

39
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
szklo?? powietrze
nglass nair
  • nglass 1.5 gt nair 1
  • Zauwazmy ze
  • Calkowite wewnetrzne odbicie ma miejsce dla katów
    wiekszych niz pewien kat graniczny
  • Z prawa Snella (poniewaz sin nie moze byc gt 1!)
  • sin(qcrit) nt /ni sin(90?)
  • qcrit º arcsin(nt /ni)

40
Wspólczynnik odbicia dla powierzchni granicznej
szklo?? powietrze
nglass nair
  • nglass 1.5 gt nair 1
  • Zauwazmy ze
  • Calkowite wewnetrzne odbicie ma miejsce dla katów
    wiekszych niz pewien kat graniczny
  • Z prawa Snella (poniewaz sin nie moze byc gt 1!)
  • sin(qcrit) nt /ni sin(90?)
  • qcrit º arcsin(nt /ni)

41
Tropikalna ryba (black triggerfish) odbita w
powierzchni wody. Obraz powstaje dzieki
calkowitemu odbiciu wewnetrznemu.
42
Transmitancja (T)
A powierzchnia
  • T º Moc transmitowana / Moc padajaca

Wiazka zalamana ulega rozciagnieciu tylko w
jednym wymiarze
Znajdzmy iloraz powierzchni wiazek
Transmitancja (transmisyjnosc)
43
Transmitancja (T)
A powierzchnia
  • T º Moc transmitowana / Moc padajaca

Wiazka zalamana ulega rozciagnieciu tylko w
jednym wymiarze
Znajdzmy iloraz powierzchni wiazek
Transmitancja (transmisyjnosc)
44
Transmitancja (T)
A powierzchnia
  • T º Moc transmitowana / Moc padajaca

Wiazka zalamana ulega rozciagnieciu tylko w
jednym wymiarze
Znajdzmy iloraz powierzchni wiazek
Transmitancja (transmisyjnosc)
45
Transmitancja (T)
A powierzchnia
  • T º Moc transmitowana / Moc padajaca

Wiazka zalamana ulega rozciagnieciu tylko w
jednym wymiarze
Znajdzmy iloraz powierzchni wiazek
Transmitancja (transmisyjnosc)
46
Odbijalnosc (R)
A Area
  • R º Moc odbita / Moc Padajaca

Poniewaz kat padania kat odbicia, srednica
wiazki nie zmienia sie przy odbiciu. n jest
takie samo dla wiazki padajacej i odbitej. Tak
wiec
Odbijalnosc
47
Odbijalnosc (R)
A Area
  • R º Moc odbita / Moc Padajaca

Poniewaz kat padania kat odbicia, srednica
wiazki nie zmienia sie przy odbiciu. n jest
takie samo dla wiazki padajacej i odbitej. Tak
wiec
Odbijalnosc
48
Transmitancja i odbijalnosc dla powierzchni
granicznej
powietrze?? szklo
szklo?? powietrze
49
Odbicie przy padaniu normalnym
  • Kiedy qi 0,
  •  
  • i
  •  
  • Dla granicy powietrze-szklo (ni 1 and nt
    1.5),
  •  
  • R 4 and T 96
  •  
  • Wartosci te sa takie same, niezaleznie od tego, w
    która strone wedruje swiatlo (powietrze?? szklo
    czy szklo ? powietrze).
  •  
  • Ta 4-owa odbijalnosc ma duze znaczenie dla
    ukladów soczewkowych np. w fotografii.

50
Odbicie przy padaniu normalnym
  • Kiedy qi 0,
  •  
  • i
  •  
  • Dla granicy powietrze-szklo (ni 1 and nt
    1.5),
  •  
  • R 4 and T 96
  •  
  • Wartosci te sa takie same, niezaleznie od tego, w
    która strone wedruje swiatlo (powietrze?? szklo
    czy szklo ? powietrze).
  •  
  • Ta 4-owa odbijalnosc ma duze znaczenie dla
    ukladów soczewkowych np. w fotografii.

51
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu
Moga byc ujemne
E0r/Eoi lt 0 Mozliwa jest zmiana fazy fali w
wyniku odbicia. Nastapi wówczas interferencja
destruktywna!
52
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu
Moga byc ujemne
E0r/Eoi lt 0 Mozliwa jest zmiana fazy fali w
wyniku odbicia. Nastapi wówczas interferencja
destruktywna!
53
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu
Moga byc ujemne
E0r/Eoi lt 0 Mozliwa jest zmiana fazy fali w
wyniku odbicia. Nastapi wówczas interferencja
destruktywna!
54
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu
powietrze?? szklo
  • ni lt nt

przesuniecie fazowe 180 dla wszystkich katów
padania
Kat padania
przesuniecie fazowe 180 dla katów ponizej
kata Brewstera 0 dla katów wiekszych
Kat padania
55
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu
szklo?? powietrze
p 0
  • nt lt ni

-
Przesuniecie fazy przy kacie padania równym zero
jest takie samo dla obu geometrii
polaryzacyjnych.
0 30 60 90
Incidence angle
Kat padania
p 0

0 30 60 90
Incidence angle
Kat padania
56
Przesuniecie fazowe vs. kat padania i ni /nt
qi
Zauwazmy róznorodnosc efektów w poblizu katów
charakterystycznych mozliwosci wykorzystania
ni /nt
ni /nt
Li Li, OPN, vol. 14, 9,pp. 24-30, Sept. 2003
qi
57
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu
Gdy oswietlamy kawalek szkla swiatlem lasera o
coraz wiekszej mocy, gdzie najpierw powstana
zniszczenia na froncie, czy z tylu? Nasuwajaca
sie odpowiedz na froncie, gdy tam natezenie
wydaje sie byc najwieksze.
Ale konstruktywna interferencja rozpoczyna sie
na tylniej sciance miedzy fala padajaca i odbita.
W wyniku irradiancja jest praktycznie 44
wyzsza dokladnie na sciance tylniej! (niedokladne
justowanie)
58
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu
Gdy oswietlamy kawalek szkla swiatlem lasera o
coraz wiekszej mocy, gdzie najpierw powstana
zniszczenia na froncie, czy z tylu? Nasuwajaca
sie odpowiedz na froncie, gdy tam natezenie
wydaje sie byc najwieksze.
Ale konstruktywna interferencja rozpoczyna sie
na tylniej sciance miedzy fala padajaca i odbita.
W wyniku irradiancja jest praktycznie 44
wyzsza dokladnie na sciance tylniej! (niedokladne
justowanie)
59
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu
Gdy oswietlamy kawalek szkla swiatlem lasera o
coraz wiekszej mocy, gdzie najpierw powstana
zniszczenia na froncie, czy z tylu? Nasuwajaca
sie odpowiedz na froncie, gdy tam natezenie
wydaje sie byc najwieksze.
Ale konstruktywna interferencja rozpoczyna sie
na tylniej sciance miedzy fala padajaca i odbita.
W wyniku irradiancja jest praktycznie 44
wyzsza dokladnie na sciance tylniej! (niedokladne
justowanie)
60
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu na
powierzchniach z pokryciami (sterujemy
przesunieciem fazowym)
Mozna wygenerowac odbicie o róznym stopniu
stosujac pokrycia np. czesciowe metalizowanie.
Przesuniecia fazowe przy odbiciu sa takie same
dla prawie normalnego padania 180 (jesli
ni lt nr) i (0 jesli nt gt nr) Przyklad Zwiercia
dlo laserowe
61
Przesuniecie fazowe fal przy odbiciu na
powierzchniach z pokryciami
Mozna wygenerowac odbicie o róznym stopniu
stosujac pokrycia np. czesciowe metalizowanie.
Przesuniecia fazowe przy odbiciu sa takie same
dla prawie normalnego padania 180 (jesli
ni lt nr) i (0 jesli nt gt nr) Przyklad Zwiercia
dlo laserowe
62
Przyklady zastosowan praw opisywanych przez
równania Fresnela
  • Okna w nocy w oswietlonych pomieszczeniach
    wygladaja jak lustra.
  • Lustra weneckie uzywane przez policje w trakcie
  • przesluchan (czesciowo odbijajace
  • pokrycia aluminiowe).
  • Elementy laserów umieszczane sa we wnekach
    laserowych pod katem Brewstera, by uniknac odbic
  • Swiatlowody wewnetrzne odbicie. Swiatlowody
    wydrazone duzy kat padania (odbicie bliskie 1).

63
Przyklady zastosowan praw opisywanych przez
równania Fresnela
  • Okna w nocy w oswietlonych pomieszczeniach
    wygladaja jak lustra.
  • Lustra weneckie uzywane przez policje w trakcie
  • przesluchan (czesciowo odbijajace
  • pokrycia aluminiowe).
  • Elementy laserów umieszczane sa we wnekach
    laserowych pod katem Brewstera, by uniknac odbic
  • Swiatlowody wewnetrzne odbicie. Swiatlowody
    wydrazone duzy kat padania (odbicie bliskie 1).

64
Przyklady zastosowan praw opisywanych przez
równania Fresnela
  • Okna w nocy w oswietlonych pomieszczeniach
    wygladaja jak lustra.
  • Lustra weneckie uzywane przez policje w trakcie
  • przesluchan (czesciowo odbijajace
  • pokrycia aluminiowe).
  • Elementy laserów umieszczane sa we wnekach
    laserowych pod katem Brewstera, by uniknac odbic
  • Swiatlowody wewnetrzne odbicie. Swiatlowody
    wydrazone duzy kat padania (odbicie bliskie 1).

65
Przyklady zastosowan praw opisywanych przez
równania Fresnela
  • Okna w nocy w oswietlonych pomieszczeniach
    wygladaja jak lustra.
  • Lustra weneckie uzywane przez policje w trakcie
  • przesluchan (czesciowo odbijajace
  • pokrycia aluminiowe).
  • Elementy laserów umieszczane sa we wnekach
    laserowych pod katem Brewstera, by uniknac odbic
  • Swiatlowody wewnetrzne odbicie. Swiatlowody
    wydrazone duzy kat padania (odbicie bliskie 1).

66
Przyklady zastosowan praw opisywanych przez
równania Fresnela
Polaryzatory plytkowe Stos plytek pod katem
Brewstera. Na kazdej powierzchni odbicie tylko
skladowej polaryzacyjnej s (prostopadlej do
plaszczyzny padania). Uzyskanie wysokiego stopnia
polaryzacji wymaga uzycia bardo wielu plytek.
67
Calkowite wewnetrzne odbicie przyklady
zastosowan
  • W warunkach calkowitego wewnetrznego odbicia
  • brak wiazki przechodzacej

promienie przechodzace
calkowite wewnetrzne odbicie
promienie odbite
68
Calkowite wewnetrzne odbicie przyklady
zastosowan
  • Uklady optyczne przekierowujace
  • wiazki swiatla

69
Optyka swiatlowodowa wykorzystujaca calkowite
wewnetrzne odbicie pozwala przesylac swiatlo po
torach zakrzywionych na dalekie odleglosci
Calkowite wewnetrzne odbicie przyklady
zastosowan
Swiatlowody odgrywaj coraz wieksza role w naszym
zyciu!
70
Swiatlowód
Calkowite wewnetrzne odbicie przyklady
zastosowan
nrdzen gt nplaszcz
Typy swiatlowodów
71
Swiatlowód
Calkowite wewnetrzne odbicie przyklady
zastosowan
72
Kabel swiatlowodowy
Calkowite wewnetrzne odbicie przyklady
zastosowan
73
Calkowite wewnetrzne odbicie przyklady
zastosowan
Swiatlowód problemy
a) wprowadzenie i wyprowadzenie wiazki b) fala
zanikajaca (specjalne konstrukcje, plaszcz) c)
absorpcja specjalne materialy (kwarc) i
odpowiednia dl. fali d) zginanie nieduzy kat
zgiecia e) znieksztalcenia krótkich impulsów
74
Swiatlowód mikrostrukturalny
Dziury (powietrze)
Dziury z powietrzem pelnia role plaszcza
otaczajacego szklany rdzen odmienne wlasciwosci
dyspersyjne.
Rdzen
Zastosowania od medycznych (obrazowanie) do
zegarów optycznych.
Photographs courtesy of Jinendra Ranka, Lucent
75
Udaremnione calkowite wewnetrzne odbicie
  • Przez kontakt drugiej powierzchni z powierzchnia
    calkowicie wewnetrznie odbijajaca, mozna
    udaremnic calkowite wewnetrzne odbicie.

Calkowite wewnetrzne odbicie
Udaremnione calkowite wewnetrzne odbicie
n1
n1
n
n
n
n
Jak bliskie powinny byc powierzchnie, by sie
udalo zniesc calkowite wewnetrzne odbicie? Efekt
zwiazany jest z wystepowaniem pól ewanescentnych
(zanikajacych), które przeciekaja przez
powierzchnie w warunkach calkowitego wewnetrznego
odbicia. Sa one podstawa wielu nowoczesnych
technik spektroskopowych.
76
Fale ewanescentne
  • to nieco mistyczne fale transmitowane" w
    warunkach, gdy ma miejsce calkowite wewnetrzne
    odbicie.

Gdy ?2 ? /2, ?1 ? ?graniczny
dla granicy powietrze/szklo, ?gr 42o
77
Fale ewanescentne
  • to nieco mistyczne fale transmitowane" w
    warunkach, gdy ma miejsce calkowite wewnetrzne
    odbicie.

Gdy ?2 ? /2, ?1 ? ?graniczny
a co bedzie, gdy ?1 gt ?graniczny ? ? ?
78
Fale ewanescentne
  • to nieco mistyczne fale transmitowane" w
    warunkach, gdy ma miejsce calkowite wewnetrzne
    odbicie.

Gdy ?2 ? /2, ?1 ? ?graniczny
a co bedzie, gdy ?1 gt ?graniczny ? ? ?
- w przedziale 0-90o, gdy ?1 ?, sin?1 ?, czyli
zgodnie z prawem Snella
sin?2 nie moze wzrosnac powyzej wartosci 1
(wartosc dla kata granicznego)
sin?1 powinien rosnac wraz ?1 z powyzej kata
granicznego
79
Fale ewanescentne
  • to nieco mistyczne fale transmitowane" w
    warunkach, gdy ma miejsce calkowite wewnetrzne
    odbicie.

Gdy ?2 ? /2, ?1 ? ?graniczny
a co bedzie, gdy ?1 gt ?graniczny ? ? ?
- w przedziale 0-90o, sin?1 ?, gdy ?1 ?, czyli
sin?2 nie moze wzrosnac powyzej wartosci 1
(chyba ze kat ?2 jest katem urojonym!!!)
sin?1 powinien rosnac wraz katem ?1 rosnacym
powyzej kata granicznego
80
Fale ewanescentne
  • to nieco mistyczne fale transmitowane" w
    warunkach, gdy ma miejsce calkowite wewnetrzne
    odbicie.

Gdy ?2 ? /2, ?1 ? ?graniczny
a co bedzie, gdy ?1 gt ?graniczny ? ? ?
Policzmy niezrazeni odbijalnosc R z sin?2
(urojony kat ?2 ) .
Eliminujemy ?cos?2
81
Fale ewanescentne
  • to nieco mistyczne fale transmitowane" w
    warunkach, gdy ma miejsce calkowite wewnetrzne
    odbicie.

Wstawiamy to wyrazenie do Redefiniujac R
otrzymujemy
Tak wiec cala moc ulegla odbiciu, fale
ewanescentne jej nie niosa.
82
Fale ewanescentne
  • to nieco mistyczne fale transmitowane" w
    warunkach, gdy ma miejsce calkowite wewnetrzne
    odbicie.

Wstawiamy to wyrazenie do Redefiniujac R
otrzymujemy
Tak wiec cala moc ulegla odbiciu, fale
ewanescentne jej nie niosa.
83
Fale ewanescentne
  • Pole po drugiej stronie?
  • Wektor falowy k fali ewanescentnej musi miec
    skladowa x i z
  • Wzdluz powierzchni kx kt sin(qt)
  • Prostopadle do niej kz kt cos(qt)

Uzywajac prawa Snella sin(qt) (ni /nt)
sin(qi), mamy cos(qt) 1 sin2(qt)1/2
1 (ni /nt)2 sin2(qi)1/2
ib Pomijajac niefizycznosc (?!) rozwiazania
-ib, mamy Et(x,z,t) E0t expi E0t
expkb z exp i k (ni /nt) sin(qi) x w t
Fala ewanescentna propaguje sie wzdluz
powierzchni i zanika wykladniczo prostopadle do
niej.
84
Fale ewanescentne
Et(x,y,t) E0t expkb z exp i k (ni /nt)
sin(qi) x w t
Zanik wzdluz z
propagacja wzdluz x
To nie jest fala plaska !
85
Fale ewanescentne
Zastosowanie regulowane rozdzielacze wiazek
swietlnych
86
Fale ewanescentne
Badanie odcisków palców
- Dosw.
Wglebienia calkowite wewnetrzne odbicie
(znoszone przez styk z wypuklosciami)
87
Miraze
n1gtn2
88
Miraze
n1gtn2
89
Daleki odbiór fal radiowych odbicie od jonosfery
- silna zaleznosc od aktywnosci Slonca
90
Mikroskopia bliskiego pola
91
Dziekuje za uwage
About PowerShow.com