Vlnová optika 2

Difrakce (ohyb) světla

• Další jev, který potvrzuje vlnovou povahu světla
• Odklon paprsků od směru určených zákonem přímočarého šíření

1. Ohyb světla na hraně
2. Ohyb světla na štěrbině
3. Ohyb světla na optické (difrakční) mřížce

• Difrakci světla můžeme vysvětlit pomocí Huygensova principu

Ohyb světla na hraně

a\) v geometrické optice

\- na stínítku vzniká ostré rozraní mezi světlem a tmou

b\) ve vlnové optice

\- při dopadu na okraj překážky se světlo šíří i za ni, do oblasti geometrického stínu

\- na stínítku uvidíme neostré rozhraní \(bílé a tmavé proužky\)

\- každý bod světelného vlnění se stává zdrojem dalšího vlnění

\- paprsky vycházející z jednotlivých bodů se skládají a vzniká mnohonásobná interference

Ohybové jevy jsou výrazné, má-li překážka malé rozměry

(tenké dráty, ostré hrany, úzké štěrbiny, …)

obrázek vynechán

obrázek vynechán

Ohyb světla na hraně 🡪

Ohyb světla na štěrbině

obrázek vynechánobrázek vynechánNa stínítku pozorujeme interferenční maxima (nultého řádu a vedlejší) a interfer. minima.

Rozložení maxima a minim záleží:

a) na šířce štěrbiny (užší štěrbina => výraznější ohyb)

b) na vlnové délce světla (frekvenci): ↑ λ ~ ↑ ohyb

Např\.: ohyb s červenou barvou je výraznější než s fialovou

Pozn\.: při osvětlení bílým světlem nulté maximum vidíme jako bílé, vedlejší vidíme v různých barvách \(maxima různých barev jsou na různých místech\)

Ohyb světla na optické mřížce

1. ohyb světla na dvou štěrbinách a na řadě rovnoběžných štěrbin

   Každá ze štěrbin vytváří ohybový obrazec => obrazce se překrývají a dochází k interferenci.

obrázek vynechán

obrázek vynechán

 je\-li b velmi malé => paprsky jsou rovnoběžné

Δ s … dráhový rozdíl dvou paprsků

Podmínka pro interferenční maxima:

Při zvětšení počtu štěrbin se interferenční maxima zužují a intenzita osvětlení v nich roste.

Současně vznikají vedlejší maxima s malou intenzitou osvětlení\.

           obrázek vynechán

b … vzdálenost štěrbin

α … úhel, pod kterým vzniká maximum

k … řád interference

λ … vlnová délka dopadajícího světla

            obrázek vynechán

obrázek vynechán

b) ohyb světla na optické mřížce

OPTICKÁ MŘÍŽKA = soustava složená z velkého počtu stejně širokých štěrbin, které jsou rovnoběžné a v malé vzdálenosti od sebe

Platí podmínka:

obrázek vynechán

b … mřížková konstanta \(perioda mřížky\)

Při osvětlení mřížky monofrekvenčním světlem vznikají ostrá maxima\.

Při dopadu bílého světla:

	→ nulté maximum – bílé

	→ maxima vyšších řádů – po stranách, rozloženy do spektra

Graf intenzity světla při ohybu na jedné štěrbině (a),

na dvou štěrbinách (b)

a na pěti štěrbinách (c)

obrázek vynechán

Holografie

= metoda založená na záznamu a rekonstrukci trojrozměrného obrazu

Hologram

• záznam předmětu v citlivé vrstvě fotografického filmu
• při rozdělení hologramu je v každé části opět celý obraz
• obraz můžeme vidět z různých pohledů

Využití

• zabezpečovací prvky na různých dokumentech, výrobcích, bankovkách, … (mají chránit před paděláním)

Polarizace světla

= přeměna nepolarizovaného světla ve světlo lineárně polarizované

Lineárně polarizované světlo \(obr\. b\) – světelné vlnění, jehož vektor __E__ kmitá v jedné rovině, tzv\. KMITOVÉ ROVINĚ \(např\. displej mobilu\)

____Nepolarizované světlo \(obr\. a\) – světelné vlnění, jehož vektor__ E __nekmitá v jediné rovině, ale nahodile se mění \(běžné zdroje světla – zářivka, Slunce, …\)

obrázek vynechán

1. Polarizace odrazem

• Světlo se polarizuje tak, že vektor E kmitá převážně kolmo k rovině dopadu

• Polarizace je částečná a závisí na úhlu dopadu

• Úplná polarizace nastává pouze při určitém úhlu dopadu

     – tzv\. Brewsterův úhel

obrázek vynechán

1. Polarizace lomem

Světlo se polarizuje tak, že vektor E kmitá převážně v rovině dopadu

1. Polarizace dvojlomem

Izotropní prostředí – světlo se šíří ve všech směrech stejnou rychlostí

Anizotropní prostředí

\- rychlost světla se v různých směrech liší \(krystaly některých látek\)

\- při průchodu světla nastává dvojlom světla

	– paprsek se rozdělí na dva:

	→ *řádný paprsek* – řídí se zákonem lomu

	→ *mimořádný paprsek* – neřídí se zákonem lomu

		Islandský vápenec

obrázek vynechán

1. Polarizace absorpcí (pohlcením)

→ polarizační filtr (polaroid)

• Při dopadu světla na polaroid prochází pouze světlo, které kmitá jen v určitém směru.
• Světlo, jehož vektor je na tento směr kolmý se pohlcuje.

Praktické využití polarizace

• 1. Polarimetrie – zkoumá opticky aktivní látky (látky, které mají schopnost stáčet kmitovou rovinu polarizovaného světla – bílkoviny, roztoky cukru, celofán, …)

  – stočení kmitové roviny je úměrné koncentraci látky v roztoku

• 2. Fotoelasticimetrie – zkoumá mechanické napětí v různých objektech (objekt osvětlíme polarizovaným světlem)

• 3. Snímání záznamu na kompaktním disku

• 4. Polarizační filtry – potlačují vyfocení odlesku od brýlí

• 6. Polarizační brýle pro rybáře – zamezují odrazům světla od hladiny

• 7. Orientace včely – pomocí polarizovaného světla ze Slunce

  obrázek vynechán

• 8. Zobrazovací LCD jednotky (displej s tekutými krystaly)

__ __Tekuté krystaly - látky, které mají vlastnost kapaliny, jsou v určitém teplotním rozmezí tekuté, ale na rozdíl od kapaliny mají uspořádanou strukturu molekul (tekuté mýdlo)

2 typy TK:

→ *zobrazovací v propustném světle* \(prosvětlené \- LCD monitory, mobily, …\)

\- TK světlo polarizují, kmitová rovina je orientována podle přítomnosti el\. pole v daném místě tekutých krystalů

→ zobrazovací v odraženém světle \(neprosvětlené kalkulačky, hodinky, …\)

\- displej nemá vlastní zdroj světla a je možno ho pozorovat pouze při vnějším osvětlení displeje