Nr Ćwiczenia 10.	Temat Ćwiczenia Badanie zjawiska dyfrakcji i polaryzacji światła	Ocena z Teorii
Nr Zespołu 10.	Nazwisko i Imię	Ocena zaliczenia ćwiczenia
Data 28.02.06	Wydział Rok Grupa EAIiE 1 5	Uwagi

Równanie fali elektromagnetycznej

Fala elektromagnetyczna to rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pól E (elektrycznego) i B (magnetycznego). Wektory tych pól są do siebie prostopadłe. Opisane równaniami:

Równania Maxwella (dla próżni)

prawo Gaussa dla elektryczności

prawo Gaussa dla magnetyzmu

prawo indukcji Faraday'a

prawo Ampera

Interferencja

Interferencja to zjawisko nakładania się fal, w którym zachodzi stabilne w czasie ich wzajemne wzmocnienie w jednych punktach przestrzeni, oraz osłabienie w innych, w zależności od stosunków fazowych fal. Interferować mogą tylko fale spójne.

Dyfrakcja

Występuje, podczas rozchodzenia się fal, na brzegach nieprzezroczystych przesłon, a także niejednorodnościach ośrodka, i to tym wyraźniej, im bardziej rozmiary przeszkód (otworów) są zbliżone do długości fali. Przejawia się brakiem wyraźnie zaznaczonej granicy cienia, a ponadto powstaniem układu prążków (ciemnych i jasnych lub barwnych) o różnym natężeniu.

Interferencja i dyfrakcja zachodzą dla wszystkich rodzajów fal. Zjawiska te są najmocniejszymi dowodami na to, że światło jest falą.

Obraz dyfrakcyjny pojedynczej szczeliny

Obraz dyfrakcyjny, to rozkład natężenia światła
na ekranie w zależności od kąta.

Dla pojedynczej szczeliny:

Elementy dyfrakcyjne

Jedna lub więcej szczelin, siatka dyfrakcyjna, brzegi przesłon, niejednorodności ośrodka.

Rodzaje polaryzacji fali elektromagnetycznej

1. Liniowa - Kierunek wektora E jest stały i wyznacza płaszczyznę polaryzacji.

2. Kołowa - Wektory E i B mają stałą wartość, ale rotują z pewną częstotliwością.

3. Eliptyczna -Wartość wektorów E i B zmienia się po drodze rotacji jak w elipsie.

Sposoby uzyskania światła spolaryzowanego

1. Przepuszczenie wiązki światła przez polaryzator np.: polaroid

2. Przy odbiciu światła od szkła lub wody (całkowita polaryzacja dla kąta padania zwanego kątem Brewstera)

3. Przy podwójnym załamaniu światła np.: kalcyt

Stopień polaryzacji

Światło jest całkowicie spolaryzowane, gdy występują drgania wektora E tylko w jednym kierunku (płaszczyźnie polaryzacji). W świetle częściowo spolaryzowanym występują dodatkowo drgania wektora E w innym kierunku, ale o mniejszej amplitudzie. (dodatkowo składowa prostopadła do płaszczyzny polaryzacji)

Prawo Malusa

Natężenie
światła spolaryzowanego liniowo po przejściu przez polaryzator jest równe iloczynowi natężenia światła padającego na polaryzator
i kwadratu

cosinusa kąta
między płaszczyzną polaryzacji światła padającego a kierunkiem polaryzacji polaryzatora

Substancje optycznie czynne (aktywne)

Substancje skręcające płaszczyznę polaryzacji światła spolaryzowanego liniowo o pewien, charakterystyczny dla danej substancji kąt w prawo lub w lewo.

Przykładami takich substancji są: sacharoza, glukoza, fruktoza, laktoza, chinina, kwas winowy.

Polarymetr

Przyrząd do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła przez substancje optycznie czynne. Składa się polaryzatora i analizatora między którymi umieszcza się badaną substancję. Jest to także przyrząd do wyznaczania stopnia polaryzacji światła częściowo spolaryzowanego.

LASER [ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation], urządzenie generujące lub wzmacniające spójne promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widmowym zawartym między daleką podczerwienią a nadfioletem.

Zasada działania lasera

Opiera się na wymuszonej emisji promieniowania elektromagnetycznego zachodzącej w układach atomów, jonów lub cząsteczek doprowadzonych przez tzw. pompowanie optyczne (wzbudzanie) do stanu inwersji obsadzeń odpowiednich poziomów energetycznych. Inwersja obsadzeń to stan, w którym liczba atomów w stanie o wyższej energii jest większa od liczby atomów w stanie o niższej energii.

Energia pompująca układ pochodzi z promieniowania wzbudzającego, energii wyładowania elektrycznego, energii elektronów wiązki wzbudzającej, energii chemicznej.

Głównymi elementami lasera są: ośrodek czynny (osnowa z zawartymi w niej atomami lub jonami laserującymi), źródło pompujące oraz rezonator optyczny (w generatorze). Rezonator umożliwia wytworzenie promieniowania monochromatycznego w postaci wiązki o niewielkiej średnicy i rozbieżności (od ok. 1 s do kilkunastu minut kątowych);

Laser gazowy He-Ne (helowo-neonowy)

Laser wypełniony mieszaniną helu i neonu pod niskim ciśnieniem, pompowany elektrycznie. Następnie atomy helu zderzają się z atomami neonu (powodując, że atomy neonu przechodzą w stan wzbudzony), by te poprzez emisje wymuszoną emitowały światło czerwone λ = 632,8 nm.

Ze względu na prostą budowę są wykorzystywane w badaniach naukowych oraz w dydaktyce i niektórych zastosowaniach praktycznych.

Konstruuje się lasery helowo-neonowe emitujące również światło zielone.

Właściwości światła laserowego

1. Monochromatyczność - ciąg falowy ma tę samą długość fali

2. Równoległość promieniowania

3. Spójność czasowa i przestrzenna

4. Całkowicie spolaryzowane

Klasyfikacja laserów

1. Lasery na ciele stałym (neodymowy, rubinowy)

2. Lasery gazowe

* atomowe (helowo-neonowe)

* cząsteczkowe

* jonowe

* ekscymerowe

3. Lasery barwnikowe (barwnik organiczny w ciekłym roztworze)

4. Lasery półprzewodnikowe (diody laserowe) charakteryzują się małymi rozmiarami i dużą sprawnością

5. Lasery światłowodowe

6. Lasery na swobodnych elektronach (FEL)

Spójność

Oznacza, że różnica faz fal w czasie nie zmienia się. Dla fal spójnych można zaobserwować zjawisko interferencji.

Spójność czasowa i przestrzenna

Światło spójne jest skłonne do interferencji. Jeśli interferują dwa ciągi falowe emitowane z różnych punktów lasera to mówimy o spójności przestrzennej. Jeśli interferują ciągi falowe emitowane z tego samego punktu lasera ale w różnym czasie, to mówimy o spójności czasowej.

1

---