Transcript Difrakcija

Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB - DIFRAKCIJA
Christian Huygens
(1629–1695)
• 1678. dovršena rasprava o svjetlosti
– prvi znanstveni rad o valnoj prirodi
svjetlosti
• formulirao načelo rasprostiranja
svjetlosti – Huygensovo načelo
• izveo zakone odbijanja i loma
svjetlosti
• prvi primjetio polarizaciju svjetlosti
• svjetlost - valna pojava (teorija
neprihvaćena do početka 19. st.)
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
HUYGENSOVO NAČELO
DIFRAKCIJA VALOVA VODE U POSUDI
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
otvor
prepreka
šipka čije titranje proizvodi valove
smjer širenja
vala
ogib vala
prepreka
valna
fronta
izvor vala
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
područje sjene
ogib
ogib
ogib
tlocrt
Huygensovo načelo: val se ne širi samo u smjeru
okomitom na pukotinu nego i u drugim smjerovima
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
YOUNGOV POKUS
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Serway R.A., Jewett J.W. Physics for scientists and engineer
na pukotini
d
O
na prepreci
R1
A
d
B
R2
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB NA PUKOTINI
širina pukotine usporediva s valnom duljinom svjetlosti
FRESNELOV OGIB
izvor, mjesto promatranja (zaslon) ili oboje
konačno udaljeni od pukotine
FRANUHOFEROV OGIB
izvor, mjesto promatranja (zaslon) ili oboje
beskonačno udaljeni od pukotine
(uporaba leća za postizanje interferencije)
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB NA PUKOTINI
Ogibni
uzorak
na zaslonu
d
leća
zaslon
Huygensovo načelo: val se ne širi samo u smjeru
okomitom na pukotinu nego i u svim drugim smjerovima
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB NA PUKOTINI
A
d
Ao
O
B
Po svjetlo
Bo
leća
zaslon
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB NA PUKOTINI – NASTANAK SREDIŠNJEG MAKSIMUMA
a1
A
d
B1
O
X
B
a1
a1
l
l
leća
zaslon
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB NA PUKOTINI
A1
OGIB NA PUKOTINI- UVJET TAME
zaslon
P1 tama
A
d
B1
O
X
B
a1
l
BX = d sin a1 = l
TAMA
P1’ tama
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
leća
A1
OGIB NA PUKOTINI – NASTANAK OGIBNOG UZORKA
Ao
A
d
P1 tama
B1
O
B
Po svjetlo
a1
X
Bo
P1’ tama
leća
zaslon
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
A1
OGIB NA PUKOTINI
P2 svjetlo
ali slabije!
B2
A
d
B
X
3l/2
a2
leća
BX = d sin a2 = 3l/2
SVJETLO
zaslon
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
A2
OGIB NA PUKOTINI – NASTANAK OGIBNOG UZORKA
P1 tama
d
Po svjetlo
P1’ tama
leća
Kut a određuje razmak ogibnih pruga !
zaslon
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
P2 svjetlo
TAMNA PRUGA – za svaki kut za koji vrijedi
d sin ai = l, 2l, 3l ... nl
SVIJETLA PRUGA – za svaki kut za koji vrijedi
d sin ai = 3l/2, 5l/2, 7l/2.... (2n+1)l/2
1. Za d = konst. vrijedi a ~ l
tj. svjetlost veće l imat će širi ogibni uzorak
2. Za l = konst. vrijedi d ~ 1/a
tj. ogibni uzorak je širi kod uže pukotine
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
UVJETI OGIBA
Svjetlost veće valne duljine
daje širi ogibni uzorak
Svjetlost veće frekvencije
daje uži ogibni uzorak
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
DIFRAKCIJSKI UZORAK NA KRUŽNOM OTVORU
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
RASPODJELA INTENZITETA SVJETLOSTI OGIBLJENE
NA JEDNODIMENZIONALNOJ PUKOTINI
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB NA JEDNODIMENZIONALNOJ PUKOTINI
središnji maksimum
sekundarni maksimum
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIBNI UZORAK NA KRUŽNOM OTVORU
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA
d
d udaljenost pukotina – KONSTANTA REŠETKE
So
leća
Zrake koje padaju okomito na rešetku – koherentne –
konstruktivno interferiraju
zaslon
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA
OPTIČKA REŠETKA
q
S1
leća
zaslon
Zrake koje se ogibaju – izlaze pod kutem iz pukotina rešetke
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Kut ogiba
q1
A
d
q1
C
B 1l
Nastanak maksimuma prvog reda
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA
A
d
q2
q2
C
2l
B
Nastanak maksimuma drugog reda
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA
BC = d sin q
A
d
q
q
C
xl
B
UVJET POJAČAVANJA - SVJETLO
d sin qk = k l
k = 1,2,..
UVJET PONIŠTAVANJA – TAMA
d sin qk = (2k+1) l/2 k = 1,2,..
k RED SPEKTRA
k = 1 spektar prvog reda
k = 2 spektar drugog reda
k = 3 spektar trećeg reda
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA
OPTIČKA REŠETKA – OGIBNI UZORAK
d sin qk = k
l
1. za rešetku konstante d
uvjet svjetla
qk
~
l
qk
~ 1/d
svjetlost veće
valne duljine
imat će širi spektar
određuje razmak
mjesta pojačanja SoSk
2. za svjetlost valne duljine l
određuje razmak
mjesta pojačanja SoSk
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
ŠTO ODREĐUJE ŠIRINU SPEKTRA (RAZMAK SVJETLIH MJESTA) ?
rešetka širih pukotina
dati će uži spektar
DISPERZIJA
Budući da je
dq
dl
d sin q = k l
d
d cosq dq = k dl
dq
k
=
dl d cosq
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA – DISPERZIJA
Disperzija je to veća što je
red ogiba k viši,
kut ogiba veći (kosinus kuta je tada manji) ,
te konstanta rešetke d manja
maksimum
prvog reda
središnji
maksimum
nultog reda
rešetka
maksimum
prvog reda
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA
RASAP (DISPERZIJA, RAZLUČENOST) SVJETLOSTI NA REŠETKI
2
1
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
3
3
2
1
0
0
0
spektri spektri
prvog drugog
reda
reda
spektri
trećeg
reda (dulji-veće disperzije)
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
RASAP SVJETLOSTI NA REŠETKI
SPEKTROMETRI – uređaji za mjerenje karakteristika izvora svjetlosti
MONOKROMATORI - uređaji za odabir valne duljine svjetlosti
HOLOGRAMI - optički uređaji koji proizvode 3D slike predmeta
OPTIČKA VLAKNA – rasapom podataka za prijenos u različite valne duljine
može se istim optičkim vlaknom slati više “struja” podataka
OPTIČKI MEDIJI ZA POHRANU PODATAKA - DVD, CD ...
LASERI – kao dio DVD playera, “pržilica”..
POLARIZATORI – opažanje optičkih pojava u posebnim uvjetima
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
UPOTREBA OPTIČKE REŠETKE
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
SAMO MOJA OPTIČKA REŠETKA - TREPAVICE
zarezi na CD-u širine 0,5 mm djeluju kao optička rešetka
Preljevanje boja nakon osvjetljavanja bijelom svjetlošću
je superpozicija ogibnih uzoraka na zarezima
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OPTIČKA REŠETKA CD
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
2D OPTIČKA REŠETKA - ZAMAGLJENO STAKLO
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
3D OPTIČKA REŠETKA – VIJENAC OKO MJESECA
Vijenac oko Mjeseca – obojeni krugovi - nastaju ogibom
na kapljicama vode u atmosferi koje čine prostornu optičku rešetku
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB X ZRAKA NA KRISTALNOJ REŠETCI
kristal Na Cl
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB X ZRAKA NA KRISTALNOJ REŠETCI
na kristalu Na Cl
na molekuli DNK
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Serway R.A., Jewett J.W. Physics for scientists and engineer
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIB NA USKOJ VERTIKALNOJ PUKOTINI
(MONOKROMATSKA SVJETLOST)
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
OGIBNI UZORAK PROIZVEDEN PUKOTINOM ŽILETA
(MONOKROMATSKA SVJETLOST)