Содержание
- 2. Загальні зауваження Інтерференція, дифракція, дисперсія, поляризація – ці явища пояснюють хвильову природу світла. Зовнішній фотоефект, Комптон-ефект,
- 3. Будь-яка речовина характеризується певними властивостями (механічними, тепловими, електричними, магнітними) і константами. Кожна речовина (матеріал, оптичне середовище)
- 4. Електрооптичний ефект – зміна показника заломлення деяких матеріалів під дією електричного поля. Матеріали, які володіють такими
- 5. Якщо прикласти електричне поле – виникає анізотропія. Електрооптичні ефекти застосовують також для виготовлення швидкісних оптичних затворів
- 6. світла на періодичних неоднорідностях середовища (зонах з різними значеннями показника заломлення), викликаних пружними деформаціями при проходженні
- 7. Обертання площини поляризації - один з проявів магнітооптичного ефекту. Магнітооптичний ефект – зміна оптичних властивостей речовин
- 8. Зворотній п’єзоефект полягає в тому що під дією прикладеного електричного поля в п’єзоелектрику виникають механічні деформації
- 9. Тоді в результаті накладання: Eрез = E1+E2 = E01cos(ωt+α1)+E02cos(ωt+α1) = E0cos[ωt+(α2-α1)], де E02 = E012+E022+2(E012+E022)cos(α2-α1) Інтенсивність:
- 10. При записі голограми фотопластинка освітлюється 2-ма когерентними хвилями: предментою і опорною. В результаті їх інтерференції на
- 11. Цифрова голограма – голограмма, отримана розрахунковим способом з використанням комп’ютера. Із використанням цифрової голограми можна отримати
- 12. Кожне тіло має відбиваючу здатність, поглинальну здатність, випромінювальну здатність Види випромінювання: Теплове випромінювання Холодне випромінювання (люмінесценція:
- 13. При інжекції електрона в зону провідності напівпровідника цей електрон через деякий час (час життя на рівні)
- 14. Для підсилення (лазери) треба щоб коеф. поглинання K В стані теплової рівноваги електрони знаходяться на нижніх
- 16. Скачать презентацию
Слайд 2Загальні зауваження
Інтерференція, дифракція, дисперсія, поляризація – ці явища пояснюють хвильову природу світла.
Зовнішній фотоефект,
Загальні зауваження
Інтерференція, дифракція, дисперсія, поляризація – ці явища пояснюють хвильову природу світла.
Зовнішній фотоефект,
Після 50х років появляються оптичні квантові генератори (лазери), мазери, голографія.
Появляються: Інтегральна оптика
Оптоелектроніка
Волоконна оптика
Розвиваються: Оптика кристалів
Металооптика
Оптика тонких плівок
Оптика фотонних матеріалів
Оптика верхніх шарів атмосфери тощо
Слайд 3Будь-яка речовина характеризується певними властивостями (механічними, тепловими, електричними, магнітними) і константами.
Кожна речовина (матеріал,
Будь-яка речовина характеризується певними властивостями (механічними, тепловими, електричними, магнітними) і константами.
Кожна речовина (матеріал,
Показник заломлення (n):
n=(εμ)1/2=c/v
та μ - діелектрична та магнітна проникність середовища (матеріалу),
c, v – швидкості світла у вакуумі та речовині.
Коефіцієнт відбивання (R):
R=Wвідбита/Wпадаюча
R = 0 – абсолютно чорне тіло, для металів R → 1
Коефіцієнт поглинання (K) та коефіцієнт пропускання (T)
Якщо n, R, K, T не залежать від енергії падаючого світла то оптика називається лінійною.
Якщо оптичні константи залежать від енергії (інтенсивності) то такі явища відносяться до нелінійної оптики.
ω
2ω, 3ω, 4ω …
Перевипромінювання в результаті нелінійних ефектів
Слайд 4Електрооптичний ефект – зміна показника заломлення деяких матеріалів під дією електричного поля.
Матеріали,
Електрооптичний ефект – зміна показника заломлення деяких матеріалів під дією електричного поля.
Матеріали,
Електрооптичні ефекти є двох видів:
1) Ефект Поккельса
2) Ефект Керра
При ефекті Покельса показник заломлення змінюється пропорційно прикладеному електричному полю (спостерігається в кристалах KDP(KH2PO4), DKDP(KD2PO4), LiNbO3 та ін.).
В кристалічних матеріалах, які мають п’єзоелектричні властивості. Під дією зовнішнього електричного поля виникає двопроменезаломлення. Різниця показників заломлення звичайного і незвичайного коливання пропорційна першій степені напруженості електричного поля:
∆=l(no-ne) ~ E
Цей ефект називається лінійним електрооптичним ефектом (ефектом Покельса).
В оптичному зв’язку частіше використовують ефект Поккельса із-за хорошої лінійності і низького значення робочої напруги. На основі цього ефекту працюють модулятори світла.
При эфекті Керра показник заломлення змінюється пропорційно квадрату прикладеної напруги електричного поля (нітрогліцерин, сірководень).
Оптичні ефекти пов’язані з хвильовою природою світла
Слайд 5Якщо прикласти електричне поле – виникає анізотропія.
Електрооптичні ефекти застосовують також для виготовлення
Якщо прикласти електричне поле – виникає анізотропія.
Електрооптичні ефекти застосовують також для виготовлення
Є інші зовнішні фактори, які викликають анізотропію:
1) Електричне поле (викликає поляризацію) – розглянули
2) Механічні напруги (фотопружність) (стискаємо пластинку → змінюються міжатомні відстані → виникає анізотропія → змінюється n. (σ=F/(lh); ∆=l(no-ne)
3) Магнітне поле (виникає намагніченість).
Фотопружний ефект виражається в зміні показника заломлення під впливом пружної деформації.
Виникнення двопроменезаломлення в результаті фотопружності (механ. напруг) лежить в основі акустооптичного ефекту.
Акустооптичний ефект – явище дифракції, заломлення, відбивання або розсіювання
∆=l(no-ne) = BlλE2, B – коефіцієнт Керра.
Слайд 6світла на періодичних неоднорідностях середовища (зонах з різними значеннями показника заломлення), викликаних пружними
світла на періодичних неоднорідностях середовища (зонах з різними значеннями показника заломлення), викликаних пружними
Акустооптичну взаємодію широко використовують в техніці: це акустооптичні дифракційні дефлектори (відхиляючі системи), акустооптичні розгортаючі пристрої, акустооптичні фільтри, аналізатори спектра радіосигнала, акустооптичні модулятори.
При опроміненні речовини інтенсивним світлом (тобто світлом з великою амплітудою) виникають нелінійні оптичні ефекти: поряд із звичайною поляризацією речовини спостерігається нелінійна поляризація другого порядку (пропорційна квадрату напруженості електричного поля), яка викликає подвоєння частоти випромінюваня, складання двох частот випромінювань, параметричне випромінювання та ін. явища. Може виникнути нелінійна поляризація третього порядку, яка викликає потроєння частоти, спотворення показника заломлення, вимушене раманівське розсіювання та ін.
При проходженні лінійно поляризованої хвилі вздовж оптичної осі деяких кристалів (або розчинів) спостерігається обертання площини поляризації. Це явище називається обертанням площини поляризації, а матеріали – оптично активними.
Слайд 7Обертання площини поляризації - один з проявів магнітооптичного ефекту. Магнітооптичний ефект – зміна
Обертання площини поляризації - один з проявів магнітооптичного ефекту. Магнітооптичний ефект – зміна
Серед магнітооптичних ефектів стосовно відбивання або пропускання розрізняють ефект Фарадея і ефект Керра.
Ефект Фарадея – обертання площини поляризації світла при проходженні через речовину, яка знаходиться в магнітному полі. На основі нього можна створити оптичний модулятор або використати для створення оптичних ізоляторів що пропускають світло тільки в одному напрямку. Магнітооптичний ефект Керра використовують для зчитування інформації із пам’яті на оптичних дисках.
П’єзоелектричний ефект полягає в електричній поляризації деяких кристалів – п’єзоелектриків при їх стисненні або розтягуванні в певних напрямках.
I=I1[cos2β-δ]
закон Малюса
без пласт. δ=0
φ=[α0]d
Слайд 8Зворотній п’єзоефект полягає в тому що під дією прикладеного електричного поля в п’єзоелектрику
Зворотній п’єзоефект полягає в тому що під дією прикладеного електричного поля в п’єзоелектрику
Ефект Зеємана – розщеплення спектральних ліній атомної системи під дією магнітного поля.
Ефект Штарка – розщеплення спектральних ліній в електричному полі.
Ефект Доплера – зміна частоти світлових хвиль при русі джерела і приймача світла відносно один одного (використовують також в системах вимірювання швидкостей).
Голографія
Голографія – метод запису і послідуючого відновлення структури світлових хвиль, які йдуть від об’єкту, що базується на явищах інтерференції та дифракції когерентних світлових пучків.
Рівняння ЕМХ:
E=E0cos(ωt-kr+φ0)
E0 – амплітуда; (ωt-kr+φ0) – фаза хвилі.
На фото – фіксується амплітуда, але не фаза.
Фазу може фіксувати явище інтерференції.
Запишемо 2 хвилі:
E1=E01cos(ωt-kr+φ0)=E01cos(ωt+α1)
E2=E02cos(ωt+α2)
Слайд 9Тоді в результаті накладання:
Eрез = E1+E2 = E01cos(ωt+α1)+E02cos(ωt+α1) = E0cos[ωt+(α2-α1)],
де E02 = E012+E022+2(E012+E022)cos(α2-α1)
Інтенсивність:
Тоді в результаті накладання:
Eрез = E1+E2 = E01cos(ωt+α1)+E02cos(ωt+α1) = E0cos[ωt+(α2-α1)],
де E02 = E012+E022+2(E012+E022)cos(α2-α1)
Інтенсивність:
2(I1I2)1/2cos(α2-α1) – інтерференційний вираз (дає фіксацію фази)
Л
І
ІІ
О
Ф
Л – лазер, О – об’єкт, Ф - фотопластинка;
І, ІІ – когерентні пучки:
І – опорний, ІІ – предметний.
На фотоплівці фіксується інтерференційна картина (чергування максимумів і мінімумів) - результат інтерференції 2-х пучків (що і є голограма):
БФ
Е
Ф
∆х
БФ – біпризма Френеля, Е – екран.
Запис голограми
Слайд 10При записі голограми фотопластинка освітлюється 2-ма когерентними хвилями: предментою і опорною. В результаті
При записі голограми фотопластинка освітлюється 2-ма когерентними хвилями: предментою і опорною. В результаті
Для відновлення зображення треба освітити голограму опорним пучком. Кожна маленька ділянка голограми є не що інще як синусоїдальна гратка, яка розкладає пучок на три коливання: 0-го, +1-го и -1-го порядку, що розповсюджуються під кутом θk
Кут θk визначається з умови появи дифракційних максимумів:
dsinθk=±λ, де d – постійна гратки.
уявне зобр.
І
0
Г
+1
-1
Відтворення голограми
Г – голограма
Записана голограма є не що інше як дифракційна гратка.
Зображення – сцкупність веливої кількості точок
Голограма точки в сферичній хвилі – чергування світлих і темних кілець (як зонна пластинка)
d
Слайд 11Цифрова голограма – голограмма, отримана розрахунковим способом з використанням комп’ютера. Із використанням цифрової
Цифрова голограма – голограмма, отримана розрахунковим способом з використанням комп’ютера. Із використанням цифрової
Слайд 12Кожне тіло має відбиваючу здатність, поглинальну здатність, випромінювальну здатність
Види випромінювання:
Теплове випромінювання
Холодне випромінювання (люмінесценція:
Кожне тіло має відбиваючу здатність, поглинальну здатність, випромінювальну здатність
Види випромінювання:
Теплове випромінювання
Холодне випромінювання (люмінесценція:
Лазерне випромінювання
Випромінювання Вавилова-Черенкова (рухомих зарядів з v>vф)
Випромінювання може бути:
інтегральне: 0 ≤ ν ≤ ∞ або 0 ≤ λ ≤ ∞
квазі-монохроматичне: ν ... ν+dν або λ … λ+dλ
Свічення тіл, обумовлене їх нагріванням (за рахунок внутрішньої енергії), називається тепловим. Воно існує при будь-яких температурах і єдине із випромінювань яке є рівноважним.
Люмінесценція – це нерівноважне випромінювання збуджених частинок, яке визначається як надлишок над температурним випромінюванням в певній спектральній ділянці і має тривалість більшу, ніж період електромагнітних хвиль.
Випромінювання Вавілова Черенкова – випромінювання електронів атомів і молекул, збуджених наданням енергії рухомим носієм.
Лазерне випромінювання (light amplification by stimulated emission of radiation) – підсилене випромінювання за рахунок вимушеного випромінювання..
Ефекти пов’язані з корпускулярною природою світла
Генерація та випромінювання світла
Слайд 13При інжекції електрона в зону провідності напівпровідника цей електрон через деякий час (час
При інжекції електрона в зону провідності напівпровідника цей електрон через деякий час (час
Ейнштейн ввів поняття вимушеного (індукованого) переходу
Перехід під дією кванта світла називається вимушеним
(вимушене випромінювання монохроматичне, синфазне, однакові напрями, поляризація)
Е0
Е1
Е2
вимушені
переходи
hν20
hν10
хаотичні
(спонтанні)
переходи
hν10=Е1-Е0
hν20=Е2-Е0
Е0
Е1
hν10
Слайд 14Для підсилення (лазери) треба щоб коеф. поглинання K<0 (від’ємне поглинання).
В стані теплової рівноваги
Для підсилення (лазери) треба щоб коеф. поглинання K<0 (від’ємне поглинання).
В стані теплової рівноваги
З такого стану під дією випромінювання з енергією Eg електрони переходять на нижні рівні, а їх енергія перейде у випромінювання с довжиною хвилі і фазою збуджуючого випромінювання, підсилюючи його.
Суть вимушеного випромінювання полягає в тому, що якщо на електрон в зоні провідності попадає квант світла частоти ν0, то виникає випромінювання з частотою ν0 і напрямком падаючого світла. Падаючий і випромінений фотони мають однакові квантово-мехінічні характеристики. При вимушеному випромінюванні відбувається підсилення випромінювання середовищем (лавиноподібне збільшення потоку фотонів). Вимушене випромінювання характеризується високою монохроматичністю, вузьконаправленістю, високою інтенсивністю і є когерентним. Для одержання індукованого випромінювання потрібні активне середовище, система накачки і система підсилення.
Поглинання світла і фотоефект
При попаданні випромінювання всередину речовини відбувається також і його поглинання. Поглинання призводить до збільшення енергії електронів речовини і зміні їх стану. В металах відбувається в основному збільшення кінетичної енергії вільних електронів (електронів провідності), в напівпровідниках і діелектриках в багатьох випадках спостерігається перехід електронів в інший енергетичний стан.