Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Wstep do Optykii Fizyki Materii Skondensowanej
Czesc I: Optyka, wykład 1
wykład: Piotr Fitapokazy: Andrzej Wysmołek
cwiczenia: Anna Grochola, Barbara Pietka
Wydział FizykiUniwersytet Warszawski
2013/14
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Plan
1 Informacje ogólne
2 Przypomnienie z optyki
3 Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
O czym bedzie ten wykład?
O oddziaływaniu swiatła z materia:
Absorbcja i emisja swiatłaRozpraszanieWzmocnienie swiatła (laser)Załamanie na granicy osrodkówPrzekaz pedu (chłodzenie atomów)Optyczne badania materii (spektroskopia)
Formuła wykładu:Tablica (wyprowadzenia praw) + rzutnik (rysunki i wnioski) +pokazy
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
O czym nie bedzie ten wykład?
O własnosciach samego swiatła:
DyfrakcjaInterferencjaSpójnoscStatystyka swiatłaStany kwantowe swiatła
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Co trzeba wiedziec?
Niewiele z zakresu optyki(tyle, ile na kilku kolejnych slajdach)
Nieco z zakresu budowy materii:Podstawy mechaniki kwantowejStruktura atomu
Podstawy termodynamiki
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Polecana literatura
W. Demtroder, Spektroskopia laserowa, PWN, Warszawa 1993
H. Haken, H. C. Wolf, Atomy i kwanty, PWN, Warszawa 1997
J. Ginter, Wstep do fizyki atomu, czasteczki i ciała stałego,PWN, Warszawa 1979
E. Hecht, Optyka, PWN, Warszawa 2012
J. R. Meyer-Arendt, Wstep do optyki, PWN, Warszawa 1979
T. Stacewicz, A. Witowski, J. Ginter, Wstep do optyki i fizyki ciałastałego, Wydawnictwa UW, Warszawa 2002
A. Hennel, W. Szuszkiewicz, Zadania z fizyki atomu, czasteczki iciała stałego, PWN, Warszawa 1985
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Zasady zaliczenia
kolokwium: 28 kwietnia, godz. 9-13, P17(test 10 pytan/5 p-tów + 3 zadania/10 p-tów = 15 p-tów)połowa punktów zalicza cwiczeniaegzamin pisemny: 16 czerwca, godz. 9-13, P17(test 20 pytan/10 p-tów + 3 zadania/20 p-tów = 30 p-tów)na czesci zadaniowej kartka A4 z notatkami1 zadanie podobne do zadan domowych (3 serie)egzamin ustny: 18-19 czerwca
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Pole elektryczne i wektor Poyntinga
Fala płaska w kierunku z:
−→E (z, t) = E0 cos(kz − ωt)x
−→B (z, t) =
1c
E0 cos(kz − ωt)y
Gestosc energii:
u =12
(ε0E2 +
1µ0
B2)
u = ε0E20 cos2(kz − ωt)
Strumien energii(wektor Poyntinga):
−→S =
1µ0
(−→E ×
−→B )
−→S = cuz
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Natezenie swiatła
Interesuje nas usredniona po okresie wartosc wektoraPoyntinga:
〈u〉 = ε0E20 〈cos2(kz − ωt)〉 = 1
2ε0E2
0
〈−→S 〉 = 1
2cε0E2
0 z
Natezenie swiatła I:
I =12
cε0E20
[Wm2
](usredniona po okresie moc fali na jednostke powierzchni)
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Notacja zespolona
Korzystamy ze wzoru Eulera:
eiφ = cosφ+ i sinφ
Dla fali o wektorze falowym−→k :
(Czesc urojona pomijamy "w pamieci")
−→E = E0e−i(
−→k ·−→r −ωt)n
Tu E0 moze byc zespolone, wtedy zawiera informace o fazie:E0 = |E0|eiφ
−→B =
1c
E0e−i(−→k ·−→r −ωt)(k × n)
Natezenie swiatła:
I =12
cε0E20 =
12
cε0|−→E |2 ∼ |
−→E |2
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Fale płaskie a sferyczne
Fale ze zródła punktowego:
[media.learn.udi.edu]
W trzech wymiarach:
[ipodphysics.com]
−→E (−→r , t) =
−→E 0
re−i(kr±ωt)
I(−→r ) ∼ 1r2
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Polaryzacja swiatła
polaryzacja liniowa polaryzacja kołowa
Dowolny stan polaryzacji swiatła moze byc uzyskany jakokombinacja liniowa (z odpowiednimi amplitudami i fazami):
Dwóch prostopadłych polaryzacji liniowychDwóch przeciwnych polaryzacji kołowych
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Polaryzacja swiatła
polaryzacja kołowa
polaryzacja eliptyczna
Kierunek wektora−→E nie zalezy od połozenia w kierunku
poprzecznym do kierunku propagacji
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Polaryzacja eliptyczna
Opis polaryzacji eliptycznej
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
"Nieklasyczne" polaryzacje
polaryzacja radialna
polaryzacja tangencjalna
Kierunek wektora−→E zalezy od połozenia w wiazce
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
"Nieklasyczne" polaryzacje
Wytwarzanie polaryzacji radialnej:
[T. Nemoto et al, DOI: 10.1117/2.1201211.004549]
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
"Nieklasyczne" polaryzacje
Wiazke spolaryzowana radialnie (HRP) mozna ciasniejzogniskowac niz wiazke o pol. liniowej (LP)(mikroskopia, mikroobróbka laserowa):
[T. Nemoto et al, DOI: 10.1117/2.1201211.004549]
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Prawo promieniowania ciała doskonale czarnego
Gestosc energii promieniowana bedacego w równowadzetermicznej z otoczeniem:
Klasycznie (prawo Rayleigha-Jeansa):
ρ(ν)dν =8πν2
c3 kT dν
(Działa w podczerwieni, ale "katastrofa w nadfiolecie")Kwantowo (prawo Plancka)
ρ(ν)dν =8πν2
c3hν
ehν/kT − 1dν
To sa wyrazenia na Gestosc energii w przedziale czestosci dν, niena natezenie swiatła, czy moc wypromieniowana
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Prawo promieniowania ciała doskonale czarnego
Gestosc energii w całym zakresie czestosci (u):
u =
∫ ∞0
ρ(ν)dν
Gestosc energii→ szybkosc emisjii energii→ całkowanie→moc promieniowania ciała doskonale czarnego na jednostkepowierzchni (prawo Stefana-Boltzmanna)
P = σT 4
σ =2π5k4
15c2h3 = 5.67 · 10−8 Wm2K4
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Prawo promieniowania ciała doskonale czarnego
Długosc fali, przy której gestosc energii osiaga maksimum wtemp. T (prawo Wiena):
λmax =bT
b ≈ 2.9 · 10−3mK
Dla Słonca T ≈ 5800 K→ λmax ≈ 500 nm (zielony)
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Absorpcja i emisja swiatła
absorpcja emisja spontaniczna
emisja wymuszona
B12
B21A21
1
2
Relacje miedzy współczynnikami Einsteina:
B12 = B21
A21
B21=
8πhν3
c3
(Wyprowadzenie - na cwiczeniach)
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Prawo Lamberta - Beera
I0
dzz
I(z)
dI(ν0)
dz= −ε(ν0)c0I(ν0)
I(ν0, z) = I0(ν0)e−ε(ν0)c0z = I0(ν0)e−α(ν0)z
(Wyprowadzenie - na tablicy)
Informacje ogólne Przypomnienie z optyki Promieniowanie, absorpcja i emisja swiatła
Prawo Lamberta - Beera
I0
dzz
I(z)
dI(ν0)
dz= −ε(ν0)c0I(ν0)
I(ν0, z) = I0(ν0)e−ε(ν0)c0z = I0(ν0)e−α(ν0)z
(Wyprowadzenie - na tablicy)
Top Related