Optika

1. Optika Jitka Prokšová OPTZ,S úvodní přednáška

2. Proč vidíme předměty kolem nás a jak vnímáme barvy? • Proč je obloha modrá? • Proč jsou mokré předměty tmavší než suché? • Jak vzniká duha? • Může být Slunce zelené? • Jaký je princip polaroidů? • Jak vznikají optické přeludy? • Jak funguje noktovizor (infrahled)? • Proč světlušky svítí? • Kdo první změřil rychlost světla?

3. Obsah přednášky OPTZ, S 1.Podstata světla a jeho šíření 2. Geometrická optika 3. Vlnová optika 4. Průchod světla prostředím 5. Základní pojmy z fotometrie 6. Základy holografie a nelineární optiky 7. Fyziologie vidění 8. Atmosférická optika

4. Vývoj názorů o světle · příčiny a podstata zrakového vjemu, · základní zákonitosti světelných jevů, • rychlost světla, • vzájemné působení světla a hmoty.

6. Geometrická (paprsková) optika Základy: Euklides (300 p.K.) – zákon odrazu světla pro rovinná i kulová zrcadla („Světlo se šíří z očí, protože při jejich zavření je tma.“) • Isaac Newton (1643 - 1727) emanační (korpuskulární) teorie světla

7. světelný paprsek – složen ze světelných částic (tvaru koule), šířících se přímočaře podle zákonů klasické mechaniky • odraz světla – odraz dokonale pružné částice (koule) • lom světla – způsoben přitažlivostí mezi světelnými částicemi a lámavým prostředím, – změna rychlosti částice při přechodu z jednoho prostředí do druhého (nesouhlas: chybné rychlosti šíření částic)

8. interference – Newtonovy kroužky – výklad: jev, který dokazuje vlnovou povahu světla, spojoval Newton s periodičností nebo s kmitáním prostředí

9. Vlnová a elektromagnetická teorie světla • Christian Huygens (1629 - 1695) 1678: undulační (vlnová) teorie • Thomas Young ( 1773 - 1829) 1801: uznání vlnové teorie (vysvětlení interferenčních jevů)

10. Huygensovy předpoklady • světelný rozruch jako pružný impuls šířící se éterem (který zaplňuje i vnitřek předmětů) • každý bod, do kterého vlnění dospělo, se stává zdrojem nového rozruchu Huygensovy objevy • polarizace světla v krystalech • světlo je příčné vlnění Paradox: korpuskulární teorie vysvětlovala interferenci světla (chybně) - vlnová ne

11. Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827) 1820: příčné vlnění James Clerk Maxwell (1831 - 1879) Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) 1890: získal pomocí kmitavého obvodu elektromagnetické vlny o krátké vlnové délce a ukázal, že se spojují a odrážejí jako vlny světelné

12. Kvantová teorie světla Max Planck Albert Einstein (1858 - 1947) (1879 - 1955)

13. Optické jevy – dualismus: světlo má vlastnosti, které svědčí o jeho vlnové povaze a jiné, které dokazují korpuskulární charakter Kvantová optika: teorie, která popisuje jak vlastnosti světla, tak vlastnosti atomů, de Broglieho vztahy – přechod od korpuskulární teorie k vlnové teorii Renesance optiky (objev laserů, aplikace v informatice, optoelektronice)

17. Světlo v paprskové optice

20. Jednoduchý optický přístrojcamera obscurapřímočaré šíření světla (stínítko vzdáleno 30 cm od otvoru o průměru 0,8 mm)

21. Světlo - elektromagnetická vlna

22. Postupná elektromagnetická vlna: • vektor intenzity elektrického i magnetického pole je vždy kolmý na směr šíření vlny • příčné vlnění

24. Polarizační jevy

25. přirozené světlo (přímé sluneční světlo, žárovka, plamen svíčky...) - nepolarizované

26. Vznik lineárně polarizovaného světla: • odrazem • lomem • úplným odrazem • dvojlomem • absorpcí (dichroismus) • rozptylem • interferencí

29. Užití polarizace • polarizační filtry (tlumení nežádoucího osvětlení, odlesků při fotografování) • fotoelasticimetrie (umělý dvojlom - ke zjištění mechanických napětí v modelech z plexiskla) • elektrooptické jevy (modulace světelného svazku)

30. Skládání a ohyb světla

31. Výrazným projevem vlnových vlastností světla, zejména u světla monochromatického, je interference a difrakce. • Jev spočívá ve skládání různých příspěvků vlnění v daném místě. • Jeho projevem je vznik interferenční nebo difrakční struktury - u monochromatického světla se objevují světlé a tmavé proužky, u bílého světla jasné centrální maximum a spektrálními pásy jednotlivých řádů.

32. Pro pozorování interference je důležitá koherence světla, tedy dobrá definovanost a uspořádanost světla (světlo z různých zdrojů má v daném místě stejnou fázi, neměnící se s časem). • U přirozených zdrojů nedovoluje sítnice našeho oka interferenční jevy pozorovat. Je schopna zaznamenat změnu intenzity světla, trvá-li alespoň 1/10 sekundy. • Lasery: koherentní paprsky monofrekvenčního světla s vysokou intenzitou. • Základ pro holografii.

33. Skládání (interference) světla

35. Ohyb (difrakce) světla

36. Ohyb světla na kruhovém otvoru:

37. Ohyb světla na mřížce:

39. Užití interference • protiodrazové vrstvy (porézní vrstva kryolitu: n = 1,34) • interferenční filtry (pološířka filtru: rozdíl vlnových délek, při nichž klesne propustnost na 1/2) • odrazové vrstvy, dielektrická zrcadla (kombinace více vrstev - vysoká hodnota n)

40. Průchod světla prostředím

41. Rozptyl světla

42. Podle toho, zda se rozptylem mění nebo nemění vlnová délka světla, rozeznáváme: • I. bezzměny vlnové délky světla: a) molekulární rozptyl v homogenním prostředí b) Rayleighův rozptylv nehomogenním prostředí • II. sezměnou vlnové délky světla: Ramanův rozptyl

43. Rozklad světla

46. Základy holografie

48. Fyziologie vidění