Temat
Ocena z teorii
10
Samoindukcja cewki
Nr zespołu
Nazwisko i imię
Ocena zaliczenia ć wiczenia
6
Grzegorz Dydo-Rożniecki
Data
Wydział
Rok
Grupa
Uwagi:
29.03.2006
EAIiE
I
I
Cel ćwiczenia:
Obserwacja obrazu dyfrakcyjnego pojedynczej szczeliny i badanie wpływu szerokości szczeliny na położenia maksimów i minimów natężenia światła. Wyznaczenie szerokości szczeliny. Poznanie zjawiska polaryzacji światła.
Sprawdzanie prawa Malusa.
Wiadomości teoretyczne:
Równanie fali elektromagnetycznej:
E=Emsin(kx-ωt)
π
2
B=B
k =
msin(kx-ωt),
λ
Równania Maxwella:
r
v
q
1) ∫ E o ds = - prawo Gaussa dla pola E
Σ
e
v
r
2) ∫ B o s
d = 0 - prawo Gaussa dla pola B
Σ
r
∂ r
r
3) ∫ E ⋅ dl = −
∫ o
∂ B ds - prawo Faradaya
Γ
t Σ
r
v
r
r
r
4) ∫ B ⋅ dl = µ
µ ε
- prawo Ampere’a-Maxwella
0 ∫ j o
s
d + 0 0 ∫ E o s
d
Γ
Σ
Σ
Dyfrakcja
Dyfrakcją nazywamy zjawisko ugięcia się fali przy przejściu przez przeszkodę. Przez obraz dyfrakcyjny rozumiemy rozkład natężenia oświetlenia, który otrzymujemy na ekranie, jeśli na drodze rozchodzącej się fali umieszczona została przeszkoda.
Minimum dyfrakcyjne : a sinθ =
λ
m
m = 1,2,...
λ
Maksimum dyfrakcyjne: a sinθ = (2 m + ) 1
m = 1,2...
2
Interferencja
Podstawowym zjawiskiem ruchu falowego jest interferencja, czyli nakładanie się ruchów falowych, z tym, że jest to zjawisko, które zachodzi dla fal o tej samej częstotliwości ze stałym w czasie przesunięciem fazowym.
Spójność:
a) czasowa – fale nazywamy wzajemnie spójnymi, jeżeli ich względna faza (różnica faz) nie zmienia się w czasie; są one zdolne do interferencji. Spójność czasowa to zdolność do interferencji dwóch fal świetlnych wychodzących w tym samym kierunku z tego samego punktu źródła światła w dwóch różnych chwilach ze względnym opóźnieniem t.
b) przestrzenna –to zdolność do interferencji światła ze źródła rozciągłego po zapewnieniu całkowitej spójności czasowej.
Polaryzacja
a) liniowa –fala jest spolaryzowana liniowo jeżeli pola E i B są stałe. Kierunek polaryzacji wektora E zdefiniowany jest jako kierunek polaryzacji.
b) kołowa – jeżeli wektory E i B mają stałą wartość ale rotują z pewną częstotliwością po jakiejś płaszczyźnie to mówimy, że fala jest spolaryzowana kołowo.
c) eliptyczna – fala jest spolaryzowana eliptycznie jeżeli wartość wektorów zmienia się po drodze rotacji jak w elipsie.
Metody wytwarzania światła spolaryzowanego:
-
przez płytkę polaryzującą (polaroid)
-
przez odbicie od dielektryka
-
przez podwójne załamanie w krysztale
Prawo Malusa
Jeżeli przepuścimy wiązkę światła spolaryzowanego o natężeniu I0 przez analizator, to natężenie światła przepuszczonego będzie zależeć od kąta α zawartego pomiędzy płaszczyzną polaryzacji polaryzatora (wiązki padającej), a płaszczyzną polaryzacji analizatora. Natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy wektora natężenia pola elektrycznego fali świetlnej. Polaryzator rozkłada amplitudę fali padającej E na składową równoległą do płaszczyzny polaryzacji równą Ecosα i prostopadłą, ale tylko składowa równoległa jest przepuszczana. Ponieważ natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy fali, więc natężenie światła przepuszczonego przez analizator jest proporcjonalne do kwadratu cosα, skąd wynika prawo Malusa: 2
I = Io cos α.
gdzie:
I - natężenie światła po przejściu przez polaryzator, Io - natężenie światła przed polaryzacją,
α - kąt między osią transmisji polaryzatora a wektorem pola E padającej wiązki (kąt między płaszczyzną drgań światła padającego i płaszczyzną polaryzatora).
Laser – budowa i działanie:
LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) - wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania. Zjawisko promieniowania lasera wyróżnia się dużą gęstością mocy, małym rozmyciem energetycznym promieniowania (monochromatyczność), skolimowaniem, spójnością wiązki i polaryzacją liniową.
Warunkami koniecznymi do powstania samorzutnej generacji światła spójnego są:
• inwersja obsadzeń (stan, w którym liczba atomów w stanie o wyższej energii jest większa od liczby atomów w stanie o niższej energii),
• dołączenie dodatniego sprzężenia zwrotnego, realizowane zwykle poprzez układ równoległych zwierciadeł
zawracających z powrotem część fotonów do ośrodka czynnego.
Ośrodek czynny będący wzmacniaczem światła razem z układem sprzężenia zwrotnego staje się samowzbudnym generatorem fali świetlnej - laserem.
Obecnie różne generacje laserów są źródłem światła od podczerwieni do ultrafioletu, czyli pokrywają zakres długości fal świetlnych dla obszaru optycznego z włączeniem podczerwieni i ultrafioletu.
Dla lasera He-Ne ośrodkiem czynnym jest mieszanina helu i neonu o ciśnieniu całkowitym około 1,3 hPa.
Stosunek ilości helu do neonu wynosi około 10:1. Gaz znajduje się wewnątrz szczelnej kwarcowej rury z elektrodami. Przyłożenie do elektrod wysokiego napięcia powoduje wyładowanie w gazie. Przyspieszone elektrony zderzają się z atomami helu i neonu, wzbudzając je. Do wyboru jednej konkretnej długości fali stosuje się lustra dielektryczne. Foton wypromieniowany spontanicznie w kierunku osi lasera napotyka na swojej drodze wzbudzone atomy neonu. Ze względu na zapewnioną inwersję obsadzeń emisja wymuszona przeważa nad absorpcją i fotony się mnożą. Powstająca wiązka jest lawiną spójnych fotonów o energii określonej przez foton wymuszający.
Selektywne lustra dielektryczne przez odbicie większości fotonów promieniowania o jednej długości fali realizują dodatnie sprzężenie zwrotne.