Resume w.2:

-

widma

optyczne atomów, cząsteczek, ciał stałych

-

absorpcja tkanek –

przykładowe widma

-

chromofory

-

aktywacja chromoforu przez

światło

-

diagramy Jabłońskiego (singlety, tryplety, przejścia, czasy życia)

1

Wojciech Gawlik, Metody optyczne w biologii i medycynie, Biofizyka 2013/14 -

wykł.3

Uzupełnienie:

- przejścia pionowe (zas. Francka-Condona)

- największe obsadzenia najniższych stanów oscyl.

- przejścia absorpcyjne:

– głównie z v

dolne

=0

→ v

górne

=0, 1, 2, 3, …

- przejścia emisyjne (fluorescencja)

– głównie z v

górne

=0

→ v

dolne

=..3, 2, 1, 0…

λ

ν

0-0

0-1

0-2

0-3

3-0

2-0

1-0

v

g

v

d

widma

abs/emis

v

d

→ v

g

v

g

→ v

d

Wojciech Gawlik, Metody optyczne w biologii i medycynie, Biofizyka 2013/14 -

wykł.3

2

Polaryzacja światła

pole elektryczne

pole magnetyczne

• Superpozycja fal EM

( )

)

cos(

ˆ

)

cos(

ˆ

,

kz

t

E

kz

t

E

t

z

y

y

x

x

−

+

+

−

+

=

ω

ϕ

ω

ϕ

y

x

E

fale poprzeczne

k

B

E

⊥

,

•

xˆ

yˆ

E

y

E

x

E

polaryzacja liniowa

y

x

E

E

=

y

x

E

E

≠

π

ϕ

ϕ

n

y

x

±

=

−

lub

Wykład 3

3

xˆ

yˆ

E

y

E

x

E

polaryzacja kołowa

y

x

E

E

=

2

2

π

π

ϕ

ϕ

±

±

=

−

n

y

x

π

ϕ

ϕ

n

y

x

±

≠

−

xˆ

yˆ

E

y

E

x

E

polaryzacja eliptyczna

y

x

E

E

=

2

π

ϕ

ϕ

n

y

x

±

≠

−

y

x

E

E

≠

skrętność zależy

od różnicy faz

Wojciech Gawlik, Metody optyczne w biologii i medycynie, Biofizyka 2013/14 -

wykł.3

http://www.photophysics.com/tutorials/

circular-dichroism-cd-spectroscopy/1-understanding-circular-dichroism

Wojciech Gawlik, Metody optyczne w biologii i medycynie, Biofizyka 2013/14 -

wykł.3

4

Sposoby polaryzowania światła

1

2

n

n

tg

B

=

θ

θ

B

θ

B

2. Polaryzacja przez załamanie

I

⊥

= I

||

I

⊥

≠0, I

||

=0

I

||

>

I

⊥

3. Polaryzacja przez rozpraszanie

4.

Anizotropia optyczna ciał –

dichroizm

(selektywna absorpcja)

5.

Anizotropia optyczna ciał –

dwójłomność

6.

Oddziaływanie z zewn. polami -

efekt Zeemana

I

⊥

=

0, I

||

≠0

1. Polaryzacja przez odbicie

• energia promieniowania rozproszonego

∝ |

Ε

|

2

∝

ω

4

∝ 1/

λ

4

3. Rozproszenie

= indukowanie dipola

+ oscylacje dipola (emisja promieniowania)

Wojciech Gawlik, Metody optyczne w biologii i medycynie, Biofizyka 2013/14 -

wykł.3

x

y

z

światło

niespolaryzowane

światło

spolaryzowane wzdłuż x

światło

spolaryzowane wzdłuż y

oscylujący

elektron

• moc

tracona przez oscylujący dipol

•

pole el. oscylującego dipola

𝐸 ∝ 𝐷̈ ∝ 𝑥̈,

𝑃 ∝ 𝑥̈

2

, 𝑥̈ ≅ −𝜔

0

2

𝑥, 𝑃 ∝ 𝜔

0

4

niebieskie niebo,

zachodzące słońce

5

4. Dichroizm – selektywna absorpcja

dla mikrofal (λ≈3 cm)

– siatka z drutów:

dla światła (λ ≈ 0,5 µm) – siatka z długich łańcuchów molekuł – polimerów:

np. folia polaryzacyjna

f-my Polaroid,

tzw. polaroid

anizotropia ośrodka

Wojciech Gawlik, Metody optyczne w biologii i medycynie, Biofizyka 2013/14 -

wykł.3

6

Wiązki rozchodzące się wzdłuż osi optycznej mają υ

f

niezależną od polaryzacji

Dla innych kierunków propagacji – dwójłomność

promień

zwyczajny

( )

k

O

;









,

⊥

E

E

o

promień

nadzwyczajny

( )

k

O

;









,

||

E

E

e

(prędkość υ

f

zależy od α)

E

||

pł. główna

( )

k

O





,

E

⊥

k



α

O



propagacja w ośrodku dwójłomnym:

2 fale o różnych polaryzacjach rozchodzą się z różnymi prędkościami υ

f

⇒ załamanie na granicy ośrodków (zależne od stosunku prędkości faz.)
rozdzieli promień na dwa – podwójne załamanie =

dwójłomność

O

→

E

→

promień zwyczajny

promień nadzw.

Ale, gdy || , każda składowa wiązki

jest promieniem zwyczajnym, bo

k



O



( )

k

O







,

E

⊥

E

→

promień zwyczajny –

brak rozdzielenia na 2 wiązki

O

→

EXP

Wojciech Gawlik, Metody optyczne w biologii i medycynie, Biofizyka 2013/14 -

wykł.3

7

5. Dwójłomność

Anizotropia:

∑

=

j

j

ij

i

E

D

E

|

|

D

ε





7

elipsoida współcz.

załamania (lub ε)

Wojciech Gawlik, Metody optyczne w biologii i medycynie, Biofizyka 2013/14 -

wykł.3

8

Dwójłomność

• struktura krystaliczna

(kalcyt = szpat islandzki,

kwarc, kolagen, elastyna ...)

• str. molekularna

(cukier, ciekłe kryształy,

polimery, białka ...)

naturalna

wymuszona

• mechanicznie (elastometria)

ef. Pockelsa

ef. Kerra (LCD)

optyka nieliniowa

- magnetyczne

ef. Faraday’a

ef. Voigta (Cottona – Moutona)

• zewn. pola:

- elektryczne (DC, AC, laser)

dwójłomność/skręcenie

zależy od dł. fali

→

aktywność optyczna/chiralność

= brak równowagi między enancjomerami

http://www.dgaryyoung.com/blog/tag/chirality/

gdy brak inwersyjnej osi symetrii

→ enancjomery

(+)-glukoza / (–)-glukoza, talidomid

D.J. Brink et al.

“Unusual coloration in scarabaeid beetles.”

J. Phys D: Appl. Phys. 40, 2189 (2007)