Ljus Vågfysik Vågoptik (del 1) Knight, Kp (del 1) Historiskt Newton (~1660): ljus är prtiklr ( corpuscles ) ljus (skugg) vs. vttenvågor (diffrktion) Hooke, Huyghens (~1660): ljus är ett slgs vågor Young (1801): interferens v ljus ljus är vågor. Young : oscilltion v elektrognetisk fältet inget ediu behövs Einstein (1905): fotoelektrisk effekten ljus är fotoner, prtiklr ed viss vågkrktär Modeller: Vågodellen Strålodellen Fotonodellen Pln våg geno en enkel öppning -> bildr en cirkulär våg Vttenvågor En våg geno två öppningr -> två vågor so interfererr ed vrndr iffrktion v ljus? diffrktion interferens håldieter <0,5 Youngs dubbelspltexperient Interferens v ljus Jäför ed: Linjer v bukr -> ljus linje på skären Linjer v noder -> örk linje på skären Spltbredd ~0,1 Spltvstånd ~0,5 Interferensfrnser ( fringes ) 1
ubbelspltexperientets geoetri Position v interferensbnd Konstruktiv interferens: ϕ 0 0 0, 1,, Intensitet i dubbelspltönstret iffrktionsgitter Superposition v N vågor Vågorn är i fs Konstruktiv interferens v N vågor: 0,1,, diffrktionsorder y positionen för ljus bnd Intensitet från ett diffrktionsgitter ubbelsplt Konstruktiv interferens : iffrktionsgitter Konstruktiv interferens v N vågor: 0,1,, /d liten. Vinklrn är ycket så. såvinkelpproxition d är ett ycket litet vstånd. /d inte så liten. Vinklrn är inte så så. 1/d ntl splter per illieter gitterkonstnt I x N I N Bnden blir ljusre 1 Bnden blir slre skrp linjer
Olik våglängder O ljuset innehåller två olik våglängder, 1 och blir vinklrn θ 1 och θ lite olik. Linjespektru iffrktionsgitter är nvändbr för tt seprer spektrl linjer i toär spektr. Gitter kn seprer de olik färgern ycket bättre än ett pris. Här syns linjespektret för väte från vätegs i en urlddningstub. e olik våglängdern är seprerde.h.. ett diffrktionsgitter. Eissionsspektroskopi Tilläpning: ät våglängder hos ljus ed diffrktionsgitter. Fungerr inte ed dubbelsplt! lbortion Reflektionsgitter trnsissionsgitter Exepel Spåren i en C-skiv fungerr so ett diffrktionsgitter och seprerr de olik färgern i vitt ljus. Spårvståndet för en C brukr vr 1.6 µ. ett överensstäer ed ungefär 65 spår per illieter.. För rött ljus ed 600 n ger dett ett först diffrktionsorders xiu vid ungefär. Fjärilsvinge C-skiv Insekter Prllell spår fungerr so diffrktionsgitter. Atokrftikroskopibild (6,5 µ) iffrktion geno enkelsplt Huygens princip Geoetrisk odell v vågors utbredning. (innn vågteorin fnns) Istället för punktkällor, ntr vi nu en splt ed en viss bredd. Skären står långt bort. L>> 3
iffrktion geno en enkelsplt iffrktion geno en enkelsplt För punkter långt ifrån centret: Vrje punkt i vågfronten hr en prtner / därifrån. Till exepel: punkt 1 & punkt 3 & 4 punkt 5 & 6 1 sinθ1 Tilläp Huyghens princip. Någr så vågor so åker rkt fr till en centrl punkt på skären. e är i fs och bygger det centrl xiet vid θ0. O vågorn 1 och interfererr destruktivt ( ), 1 då gör också 3 och 4 det, st 5 och 6. Resulttet är ett örkt bnd på skären. iffrktion geno enkelsplt iffrktion geno cirkulärt hål Mörk bnd uppstår vid: θ p p p 1,, 3 pl y p p 1,, 3 Inte p0 Bredden på centrl xiu: L w En slre splt ger ett bredre diffrktionsönster! Först örk ring : θ1 1. 1.L y1 Bredden på centrl xiu:.44l w y1 Ett hål ed indre dieter ger ett bredre centrl xiu. Ett längre vstånd till skären ger ett bredre centrl xiu. Vågodell vs. strålodell Aperturdieter Vinkel för först diffrktionsiniu: θ1 sin 1 För ljus : / 1 Centrl xiu sl, w liten. Svårt tt se diffrktionsönster. A behöver vr < 1µ För ljud & vttenvågor: / 1 Centrl xiu bred, w stor. För cirkulärt hål ed dieter : If w : strålodellen geoetrisk bild v hålet If w : vågodellen, diffrktion kn observers Cirkulärt hål ed w : Strålodellen Kritisk perturdieter c för strålodellen/vågodellen:.44l w c c c.44l För ljus (500 n), L1: c 1 c << 1 vågodellen c > 1 strålodellen 4
iffrktion runt skrp knter Akustisk interferoeter Interferoetrr L, ϕ0 0 Konstruktiv: 1 estruktiv: + L 1 L + ntl xi ino L : L Michelsons interferoeter Optisk interferoeter L L1 Konstruktiv: L L1 Flytt spegel M ed / centrl xiu blir iniu Flytt spegel M ed L : #xi so psserr: L L kroskopisk, ikroskopisk. Används för tt bestä våglängd. Bestä brytningsindex Antl våglängder i d: vkuu : gs: d 1 Skillnd: d 1 ( n 1) vc d d n vc vc Hologrfi Hologrfi Interferensönster v objektet på fil 5