Nr ćwiczenia	Badanie zjawiska dyfrakcji i polaryzacji światła				Ocena przygotowania teoretycznego.
10
Nr zespołu	Nazwisko i imię					Ocena za sprawozdanie.
8	Gorycki Jakub
Data	Wydział	Rok	Grupa			UWAGI:
6.03.2005	EAI i E	I	I

Wstęp teoretyczny:

Równanie fali elektromagnetycznej:

Równania Maxwella (dla próżni)

	Prawo	Równanie
1	prawo Gaussa dla elektryczności
2	prawo Gaussa dla magnetyzmu
3	uogólnione prawo Faradaya
4	uogólnione prawo Ampčre'a

Substancje czynne optycznie.

substancje wykazujące czynność opt. czyli skręcające płaszczyznę polaryzacji światła spolaryzowanego liniowo o pewien, charakterystyczny dla danej substancji kąt w prawo lub w lewo. Właściwość tę wykazują niektóre związki chem. w stanie gazowym, ciekłym i w roztworach, a także kryształy, tzw. kryształy optycznie czynne. jest ona wynikiem specyficznej budowy cząsteczek związków lub szczególnego rozmieszczenia atomów (cząsteczek, jonów) w komórkach elementarnych kryształów. Cząsteczki i kryształy opt. czynne nie mają zwykle żadnych elementów symetrii.

Dyfrakcja i interferencja.

Dyfrakcją nazywamy zjawisko ugięcia fali na przeszkodzie. Obraz dyfrakcyjny jest to rozkład natężenia oświetlenia, który otrzymujemy na ekranie, jeśli na drodze rozchodzącej się fali umieszczona została przeszkoda zwana aperturą. Natężenie światła padającego na ekran w funkcji kąta obserwacji opisane jest zależnością:

, gdzie Θ jest kątem obserwacji.

Interferencją nazywamy zjawisko nakładania się dwóch lub więcej fal spójnych na siebie.

Polaryzacja liniowa, kołowa i eliptyczna.

Jeżeli pola E i B są stałe to mówimy, że fala jest spolaryzowana liniowo. Kierunek polaryzacji wektora E zdefiniowany jest jako kierunek polaryzacji.

Jeżeli wektory E i B mają stałą wartość ale rotują z pewną częstotliwością po jakiejś płaszczyźnie to mówimy, że fala jest spolaryzowana kołowo.

Jeżeli wartość wektorów zmienia się po drodze rotacji jak w elipsie to mówimy, że fala jest spolaryzowana eliptycznie.

Metody wytwarzania światła spolaryzowanego.

Prawo Malusa.

Przy polaryzacji liniowej światła wykorzystuje się zjawisko podwójnego odbicia od płaszczyzn szczególnych substancji oraz zjawisko dichroizmu czyli zjawisko polegające na anizotropowej absorbcji optycznej polegające na tym, że jedna ze składowych polaryzacji jest silniej absorbowana od innych.

We wszystkich urządzeniach optycznych, w których zachodzi zjawisko polaryzacji światła występuje dobrze zdefiniowana oś transmisji (kierunek w krysztale, wzdłuż którego wektor pola E propaguje bez lub z małymi stratami. W każdym innym kierunku tłumienie pola E jest bardzo duże.).

Prawo Malusa mówi, że intensywność transmisji po przejściu przez polaryzator wynosi:

I = I₀ cos²

gdzie:

I - natężenie światła po przejściu przez polaryzator,

I₀ - natężenie światła przed polaryzacją,

 - kąt między osią transmisji polaryzatora a wektorem pola E padającej wiązki (kąt między płaszczyzną drgań światła padającego i płaszczyzną polaryzatora).

POLARYMETR,

przyrząd do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji substancji optycznie czynnych, także przyrząd do wyznaczania stopnia polaryzacji światła częściowo spolaryzowanego.

Laser.

Wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania. Szczególne cechy promieniowania lasera to:

1. Duża gęstość mocy,

2. Monochromatyczność (małe rozmycie energetyczne promieniowania),

3. Równoległość (mały kąt rozbieżności wiązki),

4. Duża spójność czasowo-przestrzenna wiązki (zdolność do interferencji),

5. Polaryzacja liniowa.

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 samo wzbudnym generatorem fali świetlnej - laserem.

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.

Rodzaje laserów:

-W przemyśle i w medycynie szerokie zastosowanie znalazły lasery gazowe.

-laser ekscymerowy, emituje impulsy o bardzo dużej mocy i czasie trwania kilku nanosekund. Lasery ekscymerowe emitują światło ultrafioletowe, niewidoczne dla ludzkiego oka. Są one bardzo ważnymi narzędziami do produkcji niezmiernie małych obiektów, jak mikroukłady półprzewodnikowe.

-lasery półprzewodnikowe

-lasery barwnikowe

Spójność 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 .

Spójność przestrzenna.

Spójność przestrzenna do zdolność do interferencji światła ze źródła rozciągłego po zapewnieniu całkowitej spójności czasowej. Rozciągłym źródłem światła jest równomiernie świecący krążek o średnicy 2r₀ oddalony o L od układu dwóch szczelin. Odległość między szczelinami wynosi R₀. Jeżeli na ekranie otrzymamy układ prążków interferencyjnych o kontrastowości V = 0,707, to okrąg o promieniu R₀ jest obszarem spójności światła w płaszczyźnie szczelin.

---