Interferencja – zjawisko powstawania nowego, przestrzennego układu fali w wyniku nakładania się (superpozycji) dwóch lub więcej fal. Interferencja zazwyczaj odnosi się do interakcji fal, które są skorelowane lub spójne ze sobą, dlatego że pochodzą z tego samego źródła lub dlatego, że mają takie same lub prawie takie same częstotliwości. Interferencja fal spójnych daje stały przestrzennie rozkład amplitudy fali.
Interferometria jest dziedziną dostarczającą możliwości bezkontaktowego i nieinwazyjnego pomiaru wielkości nieelektrycznych przy wykorzystaniu interferencji światła białego. Metoda ta, ze względu na swoją prostotę i zarazem dokładność jest szeroko stosowana nie tylko do pomiarow obiektow lokalnych z dużą dokładnością, ale rownież do wyznaczania rozkładu danej wielkości fizycznej w przestrzeni. Jej głowną zaletą jest możliwość badania struktury obiektow o małym zrożnicowaniu, czyli po prostu dokładność.
Koherencja (spójność fal) – właściwość kilku fal wiązana pierwotnie ze zjawiskiem interferencji fal. Uznawano, że fale są spójne, jeśli w wyniku superpozycji fal składowych powstawał stały w czasie obraz interferencyjny.
Koherencja czasowa określa zdolność do interferencji w danym punkcie przestrzeni, dwoch fal świetlnych wychodzących z tego samego źrodła światła i biegnących w tym samym kierunku, lecz w rożnych chwilach czasu.
Koherencja przestrzenna jest wielkością charakteryzującą, zależność między fazami fal pola elektromagnetycznego w rożnych punktach przestrzeni w danym momencie czasu. Przy zaniku spojności rzestrzennej, zanika rownież obraz interferencyjny. „Przez spojność przestrzenną rozumiemy korelację między fazami promieniowania monochromatycznego emitowanego w dwoch rożnych punktach”
ŹRÓDŁO DROGA KOHERENCJI
Światło słoneczne (λ=0,4-0,8μm) 0,8μm
LED (λ=1μm, Δ λ= 50 nm) 20 μm
Wielomodowy laser He-Ne 20cm
Jednomodowy laser He-Ne 300m
Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali. Dyfrakcja używana jest do badania fal oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i kryształów, ogranicza jednak zdolność rozdzielczą układów optycznych. Jeżeli wiązka fal przechodzi przez szczelinę lub omija obiekt, to zachodzi zjawisko ugięcia. Zgodnie z zasadą Huygensa fala rozchodzi się w ten sposób, że każdy punkt fali staje się nowym źródłem fali kulistej. Za przeszkodą fale nakładają się na siebie zgodnie z zasadą superpozycji. Przy spełnieniu pewnych warunków za przeszkodą pojawiają się obszary wzmocnienia i osłabienia rozchodzących się fal (interferencja).
Laser pracuje jako wzmacniacz kwantowy dla światła, generator impulsowy lub ciągły spojnego i monochromatycznego promieniowania świetlnego. Jego poprzednikiem był maser5, czyli wzmacniacz kwantowy dla mikrofal generator impulsowy lub ciągły spojnego i monochromatycznego promieniowania mikrofalowego. Zasada działania opiera się na wymuszonej emisji promieniowania elektromagnetycznego zachodzącej w układach atomow, jonow lub cząsteczek doprowadzonych przez doprowadzenie do stanu inwersji obsadzeń odpowiednich poziomow energetycznych.Uproszczony schemat układ interferometru Michelsona mowi o biegu wiązek
przedmiotowej i odniesienia, ktore skutkują interesującym nas obrazem
interferencyjnym. Schemat ideowy przedstawia się następująco:
Przez apreturę wejściową przechodzi wiązka światła pochodząca ze źrodła spojnego w postaci lasera połprzewodnikowego. Na schemacie drogę wiązki reprezentuje jeden promień w. Wiązka przechodzi przez lunetę i zostaje poszerzona z zachowaniem rownoległości. Następnie pada pod kątem 45 stopni na płytkę światłodzielącą10 - zwierciadło połprzezroczyste oznaczane symbolem 50%, gdzie jest dzielona amplitudowo. Część wiązki – teoretycznie około 50% przechodzi przez nie bez załamania – tak zwana wiązka przedmiotowa (reprezentowana przez promień p), pozostała część wiązki ulega odbiciu. Wiązka odbita zwana dalej wiązką odniesienia o dociera do zwierciadła 100% Z1 (odbijającego całość wiązki) i odbija się od jego
powierzchni, przechodzi ponownie przez płytkę światłodzielącą i dociera do ekranu. W tym samym czasie wiązka, ktora uległa przejściu bez załamania, zwana dalej wiązką przedmiotową, dociera do zwierciadła 100% Z2, odbija się od jego powierzchni
i powracając ponownie przechodzi przez warstwę zwierciadła połprzezroczystego i dociera do ekranu. Od momentu ponownego przejścia do powierzchni ekranu obie wiązki winny przebiegać rownoległe drogi optyczne, a dokładniej winny się pokryć. Abydokładniej stwierdzić rownoległość wiązek, ekran należy umieścić w dużej odległości od interferometru, może nim być odległa ściana pomieszczenia laboratorium. Przy niewielkich odległościach trudno stwierdzić czy obie krotkie wiązki są idealnie rownolegle. W momencie zaobserwowania nawet wąskich prążkow interferencyjnych, można ekran przenieść w pobliże interferometru i dalej sterować zwierciadłami, aby otrzymać mniejszą liczbę prążkow interferencyjnych, ale za to szerszych.
Fotoemisja Zjawisko fizyczne polegające na opuszczeniu materiału przez elektron pod wpływem energii przekazanej mu przez padający foton. W metalach energia elektronu wybijanego przez foton jest określona wzorem:
gdzie: W - praca wyjścia (różnica energii odpowiadającej poziomowi Fermiego oraz energii elektronu w przestrzeni swobodnej), h- stała Plancka, v - częstotliwość fali elektromagnetycznej
Fotoprzewodnictwo - mechanizm związany z półprzewodnikami. Aby wyjaśnić to zjawisko konieczna jest znajomość struktury poziomów energetycznych w ciałach stałych. Najniższe pasmo energetyczne, które jest zapełnione w temperaturze zera bezwzględnego (0 K) nazywane jest pasmem walencyjnym. Wyżej znajduje się pasmo przewodnictwa. Elektrony w paśmie walencyjnym są związane z atomem i nie mogą przemieszczać się w półprzewodniku. Natomiast elektrony w paśmie przewodnictwa są w tzw. stanie „wolnym” i mogą poruszać się w materiale półprzewodnikowym, pod wpływem przyłożonego napięcia. Między pasmami walencyjnym i przewodnictwa istnieje przerwa energetyczna, lecz różnica energii jest na tyle mała, że fotony o odpowiednio dużej energii powodują przejście elektronów z pasma walencyjnego do przewodnictwa. Następuje więc wzrost przewodnictwa materiału proporcjonalny do liczby padających na niego fotonów.
Absorbcja termiczna - Zachodzi w przypadku, gdy fotony o długościach fali leżących w dalekiej podczerwieni pochłaniane w materii wzbudzają stany oscylacyjne i rotacyjne w cząsteczkach lub siatce krystalicznej, w których zostały pochłonięte. Zgodnie z prawem zachowania energii absorpcja fotonu w materiale wywołuje wzrost temperatury (w efekcie może to spowodować zmiany właściwości fizycznych materiału). Poprzez analizę tych zmian można stwierdzić, ile światła padło na detektor. Za absorpcję promieniowania w półprzewodniku są odpowiedzialne dwa mechanizmy. Jeden z nich związany jest z absorpcją fotonów na swobodnych nośnikach ładunku, natomiast drugi z absorpcją międzypasmową w półprzewodniku (tzw. Absorpcja podstawowa).
Schemat układu interferometru Macha-Zehndera. Jedna wiązka lasera biegnie drogą: laser-luneta-Z1- Z2-Z3-obraz interferencyjny, a druga laser-luneta-Z1-Z4-Z3-obraz interferencyjny /
Źrodłem światła koherentnego jest u nas laser połprzewodnikowy bądź helowoneonowy. Interferometr składa się z dwoch zwierciadeł 100% (odbija całość wiązki) oraz zwierciadeł połprzepuszczających 50% (połowa wiązki ulega odbiciu, a połowa przechodzi przez zwierciadło bez załamania). Światło lasera kierujemy na połprzezroczyste zwierciadło Z1 50%, gdzie zostaje rozdzielone na dwie wiązki. Jedna z nich zostaje odbita i dociera do zwierciadła Z2 100%, skąd w całości odbita zostaje skierowana do kolejnego zwierciadła Z3 50%. Druga z wiązek – przechodzi przez pierwsze zwierciadło Z1 50% i dociera do innego zwierciadła Z4 100%, odbita stamtąd dociera do zwierciadła Z3 50%, gdzie spotyka drugą wiązkę. Dostrajanie interferometru polega na takim sterowaniu luster, aby plamki pochodzące od obu wiązek pokryły się w miejscu powstania obrazu za zwierciadłem Z3 i w konsekwencji od zwierciadła Z3 do miejsca powstawania obrazu interferencyjnego powinny przebyć jednakowe drogi optyczne. Dodatkowo zwracamy uwagę na pożądany wygląd prążkow interferencyjnych – aby powstały i miały pożądaną szerokość (odwrotnie proporcjonalną do kąta ustawienia pomiędzy Z2 a Z3, mniejszy kąt- szersze prążki). Po wstępnym wyjustowaniu układu w miejsce między źrodłem lasera a zwierciadłem Z1 wstawiamy lunetkę, ktora rozszerza wiązkę lasera, co skutkuje powiększonym obrazem interferencyjnym, o wartości powiększenia należy pamiętać przy określaniu odległości pomiędzy prążkami, ktore będą odpowiednio przeskalowane. O odległości pomiędzy prążkami decyduje z kolei kąt pomiędzy Z3 i Z4. Obraz interferencyjny powinien być wyraźny, aby umożliwiał zaobserwowanie prążkow rozmytych po wstawieniu badanego
zwierciadła są idealnie rownoległe, odległość między prążkami jest nieskończenie wielka. Jeśli na drodze wiązki pomiędzy zwierciadłami Z2 i Z3 ustawimy badany przedmiot w płaszczyźnie wobec
Strumień świetlny jest to ilość światła przechodzącego przez określoną powierzchni
w danym czasie. Wartość ta może być opisywana w kategoriach ilości energii, w postaci fotonów przechodzących przez określoną powierzchnię w danym czasie.
Natężenie oświetlenia - ilość światła odbieranego przez obszar o określonej powierzchni (jest to ilość światła padającego na powierzchnię a nie odbijanego bądź emitowanego przez określony obszar).
Natężenie źródła światła (światłość) - strumień świetlny emitowany w określonym kącie bryłowym. Charakterystyczne jest to że natężenie będzie jednakowe niezależnie od odległości od źródła. Natężenie źródła światła jest mierzone w kandelach (1 cd = lumen /steradian).
Luminancja (jaskrawość)-wielkość określająca emisję strumienia świetlnego z jednostkowej powierzchni. W fotometrii wizualnej, a jednostką luminancji jest cd・m-2. W fotometrii fizycznej występuje luminancja energetyczna, którą wyraża się w W・sr-1 ・m-2.
Fotorezystor -Jest to element półprzewodnikowy bezzłączowy, który pod wpływem promieniowania świetlnego silnie zmienia swoją rezystancję. Część roboczą (światłoczułą) fotorezystora stanowi cienka warstwa półprzewodnika osadzona na podłożu dielektrycznym wraz z elektrodami metalowymi doprowadzającymi prąd ze źródła zewnętrznego. Całość umieszcza się w obudowie z okienkiem, służącym do przepuszczania promieniowania świetlnego. Strumień światła o odpowiedniej długości fali wywołuje generację par elektron dziura, ta dodatkowa liczba elektronów i dziur zwiększa konduktywność półprzewodnika, co w rezultacie powoduje zmniejszenie rezystancji fotorezystora.
Fotodiody - półprzewodnikowe elementy fotoelektryczne z warstwą zaporową, są to najogólniej biorąc, złącza p-n, w których zakłócenia koncentracji nośników mniejszościowych dokonuje się za pomocą energii fotonów docierających do złącza przez odpowiednie okienko wykonane w obudowie fotodiody
Fotoogniwo - Jest to element o stosunkowo dużej powierzchni oświetlonej. Złącze p-n znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie (na głębokości rzędu 1μm) oświetlanej powierzchni. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika związane z obecnością złącza p-n, przesuwa nośniki rożnych rodzajów w rożne strony. Elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego.
Fototranzystory - to tranzystory bipolarne (najczęściej typu n-p-n), w których obudowie wykonano okno umożliwiające oświetlenie obszaru bazy tranzystora. Fototranzystor polaryzujemy tak jak zwykły tranzystor tj. złącze baza emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze baza kolektor w kierunku zaporowym. Powszechnie fototranzystory wykonywane są jako elementy o dwóch wyprowadzeniach tj. wyprowadzone są kontakty emitera i kolektora, baza zazwyczaj pozostaje nie wyprowadzona na zewnątrz. Przy braku oświetlenia przez fototranzystor płynie prąd zerowy, związany z termiczną generacją nośników, jest to prąd zaporowo spolaryzowanego złącza p-n na granicy obszarów bazy i kolektora.
Transoptor -stanowi izolowaną elektrycznie parę: źródło promieniowania – fotodetektor, sprzężoną optycznie i umieszczoną we wspólnej obudowie. W transoptorach jako źródło promieniowania stosuje się diody elektroluminescencyjne, natomiast jako fotodetektory wykorzystuje się krzemowe fotodiody, fototranzystory, fototyrystory, fotodarlingtony oraz specjalne struktury, takie jak: foto-FET, fotodiak, fototriak. Transoptor przenosi sygnały zarówno stałoprądowe, jak i zmiennoprądowe (analogowe i cyfrowe), przy czym pasmo przenoszenia zależy przede wszystkim od rodzaju użytych elementów. Transoptory stosuje się w aparaturze pomiarowej i medycznej, w układach automatyki przemysłowej, głownie w celu eliminacji zakłóceń wprowadzanych przez układy współpracujące ze sobą, bądź do sprzęgania układów o rożnych potencjałach, a także w charakterze wyłączników optoelektronicznych.
Odbicie zwierciadlane (regularne) zachodzi na gładkiej powierzchni. Doskonała powierzchnia ktora wykazuje jedyni odbicie zwierciadlane, byłaby niewidzialna. Kat padania α promienia na gładką powierzchnię jest rowny katowi odbicia β promienia od tej powierzchni, czyli:
a = b
Odbiciem dyfuzyjnym czyli nieregularnym nazywamy odbicie od powierzchni niewypolerowanej, taką powierzchnią może być kartka białego papieru.
Załamanie występuje przy przejściu promienia z ośrodka o mniejszym wspołczynniku załamania do ośrodka o większym wspołczynniku załamania. Na przykład z powietrza do wody, czy z wody do szkła. Prawo opisujące załamanie światła jest nazywane prawem Snelliusa, ktore brzmi: Stosunek sinusa kata padanie α do sinusa kąta załamania β jest rowny stosunkowi wspołczynnika załamania w ośrodku pierwszym n1 do wspołczynnika załamania w ośrodku drugim n2 i jest wielkością stałą rowną stosunkowi prędkości światła w ośrodku pierwszym v1 do prędkości światła w ośrodku drugim v2.
bezwzględny wspołczynnik załamania ośrodka n rowny jest stosunkowi prędkości światła w prożni c do prędkości światła w danym ośrodku v.
c=299792458m s
Kąt graniczny załamania występuje gdy promień przechodzi z ośrodka o współczynniku załamania mniejszym do ośrodka o większym współczynniku załamania (n2>n2) i kąt padania promienia osiągnie 90o, α→90o podstawiając do wzoru Snelliusa. Po przekształceniu otrzymujemy kąt graniczny załamania β=arcsin(n1/n2):
Całkowite wewnętrzne odbicie - Zjawisko takie zachodzi gdy promień przechodzi z ośrodka o większym współczynniku załamania do ośrodka o mniejszym wspołczynniku załamania (n2<n1). Jeśli kąt załamania β osiągnie wartość 90o, β→90o, wowczas promień załamania będzie się ślizgał po powierzchni granicznej pomiędzy dwoma ośrodkami. Dzieje się tak ponieważ promień osiągnie kat graniczny αg, ktory wyznaczamy ze wzoru Snelliusa:
αg = arcsin(n2/n1)
Całkowite wewnętrzne odbicie wystąpi gdy promień padający na powierzchnię łamiącą będzie padał pod kątem większym od kąta granicznego αg, α>αg.Zwierciadłem nazywamy gładką powierzchnię wypolerowaną odbijającą promienie świetlne. Rozrożniamy zwierciadła z odbiciem zewnętrznym oraz z odbiciem wewnętrznym do ktorych zaliczamy np. lusterko. Najlepszym materiałem na zwierciadło jest srebro odznaczające się bardzo dużym wspołczynnikiem odbicia (96%). Występują następujące typy zwierciadeł płaskie, sferyczne (kuliste), asferyczne (hiperboliczne, eliptyczne, paraboliczne). Dwa ostatnie typy dzielą się na wklęsłe i wypukłe.
Soczewki wykonane są z materiału przezroczystego o zadanym kształcie ciała o symetrii obrotowej. Zazwyczaj jedna lub obie powierzchnie są częścią sfery. Soczewki dzielimy na skupiające (dodatnie), ktore to skupiają promienie w jeden punkt. Zaliczmy do nich soczewki dwuwypukłe, płaskowypukłe, wypukłowklęsłe. Rozpraszające (ujemne) - rozpraszają promienie od osi soczewki. Zaliczamy do nich soczewki dwuwklęsłe, płaskowklęsłe, wypukłowklęsłe.
Pryzmatem nazywamy bryłę szklaną z wypolerowanymi płaszczyznami nachylonymi do siebie pod kątem φ, zwanym kątem łamiącym pryzmatu. Najmniejszy kąt odchylenia δmin promieni, jest przy symetrycznym przebiegu promienia przez pryzmat.
Drgania: okresowe zmiany stanu układu fizycznego, chemicznego lub biologicznego wokół położenia równowagi. Częstotliwość drgań własnych zależy od własności fizycznych i kształtu ciała, lub układu drgającego, jeżeli drgania wykonywane są pod wpływem wewnętrznych sił sprężystości ciała. Tłumienie drgań, to stopniowe zmniejszenie się amplitudy drgań swobodnych wraz z upływem czasu, związane ze stratami energii układu drgającego.
Pierwsze prawo Kirchhoffa brzmi: Dla węzła obwodu elektrycznego suma algebraiczna natężeń prądów wpływających (+) i wypływających (–) z węzła jest równa 0.
Drugie prawo Kirchhoffa brzmi: W zamkniętym oczku suma spadków napięć na oporach równa jest sumie sił elektromotorycznych występujących w tym oczku.
Prawo Ohma odkryte zostało w 1827 roku i jest ono podstawowym prawem potrzebnym do zrozumienia działania obwodów elektrycznych. Prawo to mówi, że napięcie U na końcach przewodnika, przez który płynie prąd o natężeniu I jest iloczynem natężenia prądu i rezystancji R tego przewodnika.
Dynamika Jest działem mechaniki zajmującym się ruchem ciał materialnych pod działaniem sił. W zależności od tego, jakim modelem mechanicznym dynamika się zajmuje, wyróżniamy np.: dynamikę punktu materialnego, bryły sztywnej lub dynamikę płynów. Podstawowe prawa dynamiki sformułował Izaak Newton.
I zasada dynamiki W inercjalnym układzie odniesienia, jeśli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
II zasada dynamiki Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli siła wypadkowa jest różna od zera), to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.
...
kasa576