Transcript ไฟล์ บรรยาย มิถุนายน

ท ัศนศาสตร์ประยุกต์
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
บทนำ
แสงเชงิ เรขำคณิต
ั
โพลำไรเซชน
กำรแทรกสอด
กำรเลีย
้ วเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์
กำรเลีย
้ วเบนแบบเฟรสเนล
เลเซอร์
ทัศนศำสตร์ยค
ุ ใหม่
1
1. บทนา
2
ธรรมชาติของแสง
3
ธรรมชำติของแสง
 Electromagnetic wave
f = 3.8 x1014- 7.7x1015 Hz
nm
l = 400 - 700
Co= 299,792.5 km/s ( Vacuum)
Cx = Co / nx
( x medium )
where nx - the refractive index
Photon
energy = hf : h= 6.625x10-34 j.s
momentum = h/ l
4
ดัชนีหก
ั เหของแสง
ตัวกลาง
ดัชนี หก
ั เหแสง
ตัวกลาง
ดัชนี หก
ั เหแสง
สุญญากาศ
1.0000000
0
้
นาแข็
ง
1.309
ไฮโดรเจน (ก๊าซ)
1.000140
เนย (40 oC )
1.455
ฮีเลียม (ก๊าซ)
1.000036
เนย (60 oC )
1.447
อากาศ (–15 oC)
1.0003094
2
กลีเซอรีน
1.473
อากาศ ( 0 oC )
1.0002923
8
แก ้วไพเรกซ ์
1.474
อากาศ (+15 oC )
1.0002771
2
แคลไซต ์
1.486
อากาศ (+30 oC )
1.0002633
7
แก ้วคราวน์ (โซ
ดาไลม ์)
1.512
อากาศ (+60 oC )
1.0002395
8
ไฮโดรเจน (ของเหลว)
1.0974
เกลือโซเดียมคลอไรด ์ 1.516
ควอตซ ์
1.544
6
2.5
Diamond
2.3
SF10 (Dense flint)
NaCl
2.1
Bk7(Pyrex)
1.9
n
Fused silica
Water
1.7
1.5
1.3
200
400
600
1000
800
l (nm)
1200
1400
1600
7
หล ักของฮอยเกนส ์
่
ทุกจุดบนหน้าคลืนปฐมภู
มเิ ป็ นแหล่งกาเนิ ดทุตย
ิ ภู มท
ิ ก
ี่ าเนิ ด
่
่ ัตราเร็วคลืน
่ เหมือนกับคลืนปฐมภู
่
คลืนทรงกลม
มีความถี,อ
มิ
่ ทธิเป็ นแนวการซ ้อนกันของหน้าคลืนทรงกลม
่
หน้าคลืนสุ
้
เหล่านัน
8
กฏการสะท้อน
ni
qi qr
nt
sin q i sin q r

BD
AC
qi  q r
9
กำรสะท ้อนบนผิวแบบ
ต่ำงๆ
Specular reflection
Diffuse reflection
Retro reflection
กำรสะท ้อนภำยในและกำรสะท ้อน
ภำยนอก
<-- ตัวกลำงต่อเนือ
่ ง ไม่
เกิดกำรสะท ้อน
กำรสะท ้อนภำยใน
ภำยนอก
กำรสะท ้อน
กำรสะท ้อนภำยใน และ
กำรสะท ้อนภำยนอกมี
ผลในกำรกลับเฟสซงึ่
กันและกัน
กฏการห ักเห
ni
qi
nt
qt
sin q i sin q t

BD
AE
12
sin q i sin q t

vi
vt
ni sin q i   nt sin q t 
ในมุมมองของ
EMW

 i k .r t 
E E e t
y
t
o

r
q
z
i
  i k .r t 
E  E0 e
t0
qt
qr
x

 i k .r t 
Er  Er0 e r
13
y
o
z

 i k .r t 
Et  Et0e t

r
qt
qi qr
  i k .r t 
E  E0 e
x

 i k .r t 
Er  Er0e r
ทีจ
่ ด
ุ ตกกระทบบนรอยต่อ

 
k .r  t  k r .r   r t
 
 k t .r   t t
  
k .r  kr .r
  
k .r  kt .r
kr sin qi  kr r sin q r
kr sin qi  kt r sin qt
sin qi  sin q r
ni sinq i  nt sinq t
14
หล ักของเฟอร์มาต์
(Fermat’s principle)
้ ทางที่
แสงเลือกเดินทางในเสน
ั้ ส
ใชเ้ วลาสนที
่ ด
ุ
Principle of least
time
s
p
III
I II
s'
s
I II III
p
16
ทางเดินแสง(optical path)
สุญญำกำศ
น้ ำ
d
d
to 
co
n1
สุญญำกำศ
D
d n1d
t1  
c1
co
D  t1co  n1d
D ==> ควำมยำวทำงเดินแสง(optical path length)17
ทางแสง(optical path)
Stepped index
d1
graded index
d2
ds
d3
d4
N
D   ni d i
i 1
b
D   n(s)ds
a
18
หล ักของเฟอร์มาต์
D
qi q
r
F1
F2
qi = qr
แสงเลือกเดินทางในทางแสงที่
คงต ัว เมือ
่ เทียบก ับทางแสง
ข้างเคียง
qi = qr
qi = qr
 OPL 
0

19
การสะท้อนกล ับ
หมดกายใน
sinq critcal  nt / ni
20
อำกำศร ้อน
> qc
ปรำกฏกำรณ์มริ ำจบนพืน
้ ถนนทีร่ ะยะไกล
ๆ ทำให ้พืน
้ ถนนแลดูเป็ นมันเงำเห็นภำพ
สะท ้อนของสงิ่ ต่ำงทีอ
่ ยูเ่ หนือพืน
้ ถนน
กำรกระจำยแสงส ี และกำรเปล่ง
ควำมแวววำวของเพชรทีเ่ ป็ นผล
จำกกำรเจียรไนทีถ
่ ก
ู ต ้อง
Evanescent
wave
qi > qc
22
y
o

 i k .r t 
Et  Et0e t

r
qt
 
k t .r  k t sinq t x  k t cosq t z
ni sinq i
ni2 sin 2 q i
 kt x
 kt z 1 
nt
nt2
x
z
สำหรับ qi > qcritical

  i t
Et  Et0 e
e

 i k .r t 
Et  Et0e t
ik x x
 
ni sinq i
ni2 sin 2 q i
k t .r  k t x
 k t zi
1
2
nt
nt
ni sinq i
nt
e
z
  kt
ni2 sin 2 q i
nt2
1
23
ึ สะท้อน
ปริซม
24
้
เสนใยน
ำแสง (Fiber optics)
แกนกล
ำง ชน
ั ้ หุ ้ม
ก)
no
1
qc
qmax
2
3
3
ncladding
2
ncore
90o-qC
ข)
1
qmax
26
หล ักแห่งการผ ันกล ับได้ของ
แสง
แสงเดินทางผ่านชุดต ัวกลางๆหนึง่ ด้วยทาง
้ ทางไปข้างหน้าและ
แสงเดียวก ัน ทงเส
ั้ น
้ ทางย้อนกล ับ
เสน
q
i
qr
q
i
q
q
i
i
qt
qr
qt
27
ึ ห ักเห
ปริซม
   1   2    4   3 
  2  3

n1
n1 sin  1  n2 sin  2
n2 sin  3  n1 sin  4

1
2
n2
3
4

28
ที่  = min ==> 1 
4
3
==> 2 
 min  2  1  
  2 2

n1

1
3
2
n2

4
  min   
sin

2

  n2

n1
sin
2
29

ึ มุมยอด 
ปริซม
=60o
แก ้ว crown ใน
อำกำศ min
nแดง =1.5205
o
=38.97
min
nน้ำเงิน =1.5286
=39.68o
ประยุกต์ ==>
สเปกโตรมิเตอร์
30