Optika*

*Konspetkis on kasutatud ka Arvo Mere materjale

Optika

Nähtava valguse vahemik: lainepikkused 380nm kuni 780nm

Elektromakgentlainete spektrer

Nähtava valguse vahemik: lainepikkused 380nm kuni 780nm

Elektromakgentlainete spektrer

Punane 770-620 nm

Oranz 620-590 nm

Kollane 590-560 nm

Roheline 560-500 nm

Helesinine 500-480 nm

Sinine 480-450 nm

Violetne 450-380 nm

Valguskiir- geomeetriline mõiste (mudel). See on sirgjoon, mida

mööda levib valguslaine.

Valgus levib homogeenses keskkonnas sirgjooneliselt

Fata Morgana

kuum

maantee

n

Valguse sirgjoonelise levimise seadus

Vari kui järeldus valguse sirgjoonelise levimise seadusest.

Väike ava ei käitu täpselt nii nagu sirgjoonelise levimise

seadus nõuab.

Valguskimp- läbimõõtu omav valgusega täidetud

ruumiosa. Tähtis mõiste praktikas. Optilised seadmed.

Valguskimpude sõltumatuse seadus

1S

2S

3S

Valguskimbud ei ei mõjuta üksteist lõikumisel.

Valguskimpude superpositsiooniprintsiip

Valguskimpude energiad liituvad.

Peegeldumine ja hajumine

Peegeldumisseadused

1) Langev kiir, peegeldunud kiir ja pinnanormaal

langemispunktis asuvad ühes tasapinnas.

2) Peegeldumisnurk võrdub langemisnurgaga.

21

n

12

Kujutis tasapeeglis.

Peegelduste rakendusi.

•

Kasutus: valgusvoo suunamine peeglite abil (

•

ümberpööramine paralleelne nihutamine

45

90 -pööramine

Valguse ümberpööramine ( 3-D )

• Kassi silmad ( liiklusmärgid)

Murdumisseadus

• Murdumisseadus

• Rusikareeglid

– Sisenedes optiliselt tihedamasse keskkonda, murdub valguskiir pinnanormaali suunas

– Sisenedes optiliselt hõredamasse keskkonda, murdub valguskiir pinnanormaalist eemale

• Murdumisnäitajad:

– vaakum: 1

– õhk: 1,0003

– vesi: 1,333

– klaas: 1,51

1 2

2 1

1 1 2 2

sin

sin

sin sin

n

n

n n

a

a

a a

=

× = ×

1. keskkond

2. keskkond

n

Murdumisseadus

1) Langev kiir, murdunud kiir ja pinnanormaal asuvad ühes

tasandis.

2) 21sin

sinn

n21 on teise keskkonna suhteline murdumisnäitaja esimese

keskkonna suhtes, mis on konstantne antud keskkondade puhul.

Kui esimeseks keskkkonnaks on vaakum, siis nimetatakse saadud

murdumisnäitajat keskkonna absoluutseks murdumisnäitajaks.

1

221

n

nn

vaakum

1

0

1

vaakum

2

0

1

1

01

sin

sinn

2

02

sin

sinn

21

02

10

1

2

sin

sin

sinsin

sinsinn

n

n

Lisateave sellest tõestusest. Valguskiire leviku

pööratavus. Järeldub võrrandi sümmeetriast.

1122 sinsin nn

Saame ka seose valguse kiiruse kohta keskkonnas.

Tõestus:

n

cv

2

2

1

1

v

cn

v

cn

1

2

1

2

1

221

v

v

cv

vc

n

nn

Murdumisnäitaja on

väga fundamentaalne

suurus.

Prisma

Valguse murdumine prismas

Murdumisnäitaja määramine

min

Kaldemiinimumi asend.

Päikese kiirgus veepiisad

vaatleja

Vikerakaare

tekkimine

Täielik peegeldus.

Olgu:

1

2

21 nn

33

112

2

11

2

2

Suurendades langemisnurka , jõuame olukorrani, kus β=900 ja edasisel

langemisnurga suurendamisel kiir teise keskkonda ei levi. See on täielik

peegeldus. Langemisnurk, mille juures murdumisnurk on 900 on antud

keskkondade jaoks sisepeegeldumise piirnurk.

Täielik peegeldus.

21

2

2

sin

sinn

1

21sin npiir

Kiudoptika, veekogu, kalade nägemine.

Ka siin kehtib kiire pööratavus.

Täielik sisepeegeldus – optilised fiibrid

Optiline fiiber on optiliselt läbipaistvast materjalist silinder, mille murdumisnäitaja on

suurem teda ümbritseva keskkonna murdumisnäitajast.

Kiired, mis levivad valgusjuhi telje suhtes piisavalt väikeste nurkade all ei murdu

täieliku sisepeegeldumise tõttu valgusjuhist välja. Nad nõrgenevad vaid neeldumise

tõttu valgusjuhi materjalis või hajumise tõttu selle defektidelt ning võivad levida väga

suurtele kaugustele.

Parimates optilistes fiibrites võib lainepikkusel 1550 nm valguse intensiivsuse

nõrgenemine olla alla 10 %/km.

Peale neeldumise mõjutab optiliste fiibrite toimimist oluliselt veel valguse

dispersioon: murdumisnäitaja sõltuvuse tõttu lainepikkusest liiguvad erinevate

sagedustega (lainepikkustega) signaalid fiibris erinevalt ja valguspulsid venivad

välja. See piirab info ülekande kiirust (kasutatava spektraalriba laiust) ja sunnib

kasutama spektraalpiirkonda, kus efekt on minimaalne (kvartsklaasi jaoks umbes

1280 nm).

Kasutatakse optilises sides, valgustustehnikas, endoskoopias (kujutist edastavad

fiiberkimbud), sensoorikas.

Fakt: Homogeenses keskkonnas levib valgus sirgjooneliselt

ja mittehomogeenses keskkonnas kõverjooneliselt.

Fermat’ printsiip: valgus levib mööda sellist teed, mille

läbimiseks kuluv aeg on minimaalne.

Olgu lõik ds.v

dsdt

n

cv

dsnc

dt1

2

1

1dsn

ct

Pierre de Fermat

1601 - 1665

Fermat’ printsiip

Aeg t peab olema minimaalne. Kuna c=const, siis

peab minimaalne olema:

2

1

dsnL Optiline teepikkus.

Homogeenses keskkonnas.

snL

Valgus levib mööda sellist teed, mille optiline teepikkus

on minimaalne.

Fermat’ printsiibist järelduvad valguse peegeldumis- ja

murdumiseadus

Peegeldumisseadus.

12

Silm

1 2

P

'P

l

l

A

M

minMPAMMinimaalne on sirge tee.

P’ on näivkujutis.

Murdumisseadus.

1n

2n

A

M

B

1

2

1s

2s

1a

2a

b

x

Otsime punkti M nii, et A→B optiline teepikkus oleks

minimaalne.

12 nn

22

22

22

112211 )( xbanxansnsnL

0dx

dL

0)(2

)(2

2

22

2

1

12

2

2

22

1

1 ns

xbn

s

x

xba

xbn

xa

xn

dx

dL

2

2

1

1

ns

xbn

s

x

1

1sins

x

2

2sins

xb

2211 sinsin nnMurdumis-

seadus

keskkond valguse kiirus c

vaakum: 299.792,458 km/s

õhk: 299.703 km/s

vesi: 225.000 km/s

klaas: 198.000 km/s

teemant: 124.000 km/s

Valguse kiirus keskkondades

Õhuke lääts.

a1 a1R >0 R < 0

F2 F2

f2 f2

n n n2n2

Täielik teooria on keeruline, vaatame fenomenoloogiliselt.

Optiline telg

Optiline tsenter

Peatasand

1R2R

1F 2F1f 2f

21 ff Ainult siis, kui mõlemal pool läätse on üks ja seesama keskkond.

Põhimõisted.

Õhuke lääts.

Õhuke lääts.

a1 a1R >0 R < 0

F2 F2

f2 f2

n n n2n2

Kumera (R > 0) ja nõgusa (R < 0) pinna fookused

F F

A

B

'B

'A

a k

f f

SAB

BA ''Suurendus

Õhukese

läätse

valem.fRR

nka

1)

11)(1(

11

21

R on positiivne, kui raadiuse

saamiseks peame torkama

raadiuse läbi peatasandi.

Õhuke lääts.

)11

)(1(1

21 RRn

f

fD

1Läätse optiline tugevus.

dprm

D SI 11

1 dioptria

Kui on mitu järjestikust

läätse, siis: nDDDD ...21

1 – kaksikkumer; 2 – kaksiknõgus; 3 – tasakumer; 4 – tasanõgus; 5 –

positiivne menisk; 6 – negatiivne menisk

Õhukeste läätsede tüübid

Kujutise konstrueerimine õhukeses läätses

ESE

KUJUTISF1

F2

P1

P2

Koondav lääts;

ese on kaugemal kui

fookusekaugus.

Põhikiiri on kolm:

1. Optilise peateljega paralleelne kiir; pärast murdumist läbib see kiir fookuse F2.

2. Fookust F1 läbiv kiir kulgeb pärast murdumist paralleelselt optilise peateljega.

3. Läätse optilist tsentrit läbiva kiire (tsentraalse kiire) suund ei muutu. Selle kiire

suund ei muutu, kuna õhukese läätse keskosa kujutab endast praktiliselt

tasaparalleelset plaati. Tasaparalleelse plaadi läbimisel toimub vaid kiire nihe.

Nihet võib õhukese läätse puhul lugeda tühiseks.

Kujutise konstrueerimine õhukeses läätses

F1 F2Koondav lääts;ese on läätse ja

fookuse vahel.

Kiir 2 asetub nii, et tema pikendus läbiks eesmist fookust. Nagu näha, pärast

murdumist kiired ei lõiku – kujutis on näiv ja tema asukoht on määratud kiirte

pikenduste lõikepunktiga.

Kujutise konstrueerimine õhukeses läätses

F1

F2Hajutav lääts

Hajutava läätse fookused on näivad ning võrreldes koondava läätsega on nende

asukohad vahetunud. Kiir 1 kulgeb pärast murdumist nii, et tema pikendus läbib

fookust F2 (NB ! F2 paikneb eespool läätse). Kiir 2 tuleb tõmmata nii, et tema

pikendus läbiks fookust F1. Näiva kujutise asukoht on määratud murdunud kiirte

pikenduste lõikepunktiga.

Kujutise konstrueerimine õhukeses läätses

Fresneli lääts on kontsentrilise reljeefiga läbipaistev

tasapinnaline materjal. Kuna optilise läätse “töötav” osa on vaid

ta pind, kus toimub valguskiirte murdumine üleminekul optiliselt

hõredamast keskkonnast (õhk) tihedamasse (anorgaaniline või

polümeerklaas), võib kogu ülejäänud osa ilma suuremate

kahjudeta eemaldada. Tulemuseks on Fresneli lääts.

Fresneli lääts

Kumerlääts (A)

ja selle “ülearune” osa (B),

mille eemaldamisel

saadakse Fresneli lääts (C).

Augustin Jean

Fresnel

(1788-1827)

Sfääriline aberratsioon

Aberratsioonid

P1P2

M

K

P2P

Koma

Aberratsioonid

P

PPP

A B

3

0

2

2

2

21

2

2

3

3

1

1

Silm

Silm

Optilised instrumendid

Luup

Luupi, mis lihtsaimal juhtumil on koondav lihtlääts, kasutatakse väikeste

detailide paremaks vaatluseks.

Esialgselt suurel kaugusel asuva eseme lähendamisel silmale kasvab ka

kujutise suurus võrkkestal. Parima nägemise kaugus 25 cm on vähim

vahemaa, mil saame veel võrkkestal terava kujutise.

Optilised instrumendid

Luup

yA

-25

B

C

Asetades eseme ja silma

vahele koondava läätse,

võib silma võrkkestal saada

suurendatud kujutise. Kui

ese paikneb läätsest

fookusekaugusel, tekib näiv

kujutis lõpmatuses (B).

A – ese on parima

nägemise kaugusel;

B – luubiga saadav kujutis

tekib lõpmatuses;

C – luubiga saadav kujutis

tekib parima nägemise

kaugusel.

Tavaliselt ei ületa luubi

suurendus 20X

20

.

Optilised instrumendid

MikroskoopLihtsaimal juhul on mikroskoop kaheläätseline süsteem. Esimese läätse –

mikroskoobi objektiivi - abil saadakse eseme y11 tõeline suurendatud kujutis

y12. Saadud kujutis on esemeks teisele läätsele (y21 = y12) – mikroskoobi

okulaarile, mis töötab luubina: ta tekitab tõelisest kujutisest näiva y22.

a22

a21a11 a12

f2

T

y22

y11y21

Objektiiv Okulaar Silm

Fobj Foky12

Mikroskoobi suurendus on objektiivi suurenduse ja okulaari suurenduse korrutis.

Optilised instrumendid

Pikksilm (teleskoop)Pikksilma kasutatakse kaugete objektide vaatlemiseks. Sel juhul võib lugeda

mingist eseme punktist lähtuvad kiired paralleelseteks ja nad koonduvad esimese

läätse – objektiivi – fokaaltasandis.

Kepleri pikksilm. Lõpmatuses nähtav kujutis on ümberpööratud. Okulaari fookus

langeb praktiliselt kokku objektiivi fookusega st okulaarist väljuv kiirtekimp on samuti

paralleelne ja eseme kujutis tekib akommodeerimata silma võrkkestal. Sellist pikksilma

nimetatakse Kepleri pikksilmaks ja seda kasutatakse astronoomilistes vaatlusteks, kus

pole tähtis, kas kujutis on otsene või ümberpööratud

Objektiiv Okulaar Silm

Fobj Fok

f1 f2

Optilised instrumendid

Pikksilm (teleskoop)

Kepleri pikksilma puuduseks on eseme suhtes ümberpööratud kujutis. Päripidise

kujutise saab Galilei pikksilmaga, kus okulaariks on hajutav lääts. Nii nagu Kepleri

pikksilma puhul langevad objektiivi tagumine fookus ja okulaari eesmine fookus kokku,

kuid okulaari eesmine fookus paikneb nüüd läätsest paremal.

Objektiiv Okulaar

f2f1

2. Loeng

Valgusvoog -see on energia läbi pinnaühiku ajaühikus, aga

arvestab spektraalsust.

Võtame kasutusele energiavoo jaotusfunktsiooni.

Fotomeetrilised mõisted ja ühikud.

Valgusvoog

d

d e)(

ed On lainepikkuste vahemikku d... tulev energiavoog

dd e )(

2

1

)( de

)( Koguenergia mingis lainepikkuste

vahemikus

Energiavoog on objektiivne suurus, aga meie silm võtab

vastu erinevatel lainepikkustel erinevalt. Vaatame kuidas

seda arvestada.

)(V Silma suhteline tundlikkus mingil lainepikkusel

m,

)(V 1

5,0

4,0 55,0 7,0

Siin on vaja kaks korda

suuremat energiavoogu, et

tekitada sama aisting kui

maksimumis.

Siin on vaja kõige

väiksemat energiavoogu

aistingu tekitamiseks.

1

2

2

1

)(

)(

e

e

d

d

V

V

Valgusvoog arvestab silma tundlikkust.

edVd )(

Energeetiline

voog.See on mingi väikese lainepikkuste vahemiku kohta

tulev energiavoog, mis tekitab silmas valgusaistingu.

dVd )()(

0

)()( dV

)(V On dimensioonita. Seega valgusvoog ja energiavoog on sama dimensiooniga.

Valgusvoog on kiirgusvoog, mis on fikseeritud silma kui

instrumendi karakteristiku järgi.

Fotomeetrilised mõisted ja ühikud.

Fotomeetriliseks põhiühikuks on valgustugevuse ühik kandela e.

rahvusvaheline küünal (cd), mille kohta antakse etaloondefinitsioon:

Üks kandela on valgustugevus, mis võrdub 1/60 cm2 suuruse pinna

kiirgusega plaatina tahkumistemperatuuril (2044 K).

Tuletatud ühikuteks on:

• luumen (lm) - valgusvoog, mida kiirgab punktallikas 1 cd ruuminurka 1 sterradiaan;

• luks (lx) vastab valgustatusele üks luumen ruutmeetri kohta;

• nitt (nt) vastab heledusele 1 cd kiirgava pinna ruutmeetri kohta.

Fotomeetrilised ühikud:

• kandela (cd)

• luumen (lm)

• luks (lx)

• nitt (nt).

1) Valgustugevus I

Vaatame punktvalgusallikast

lähtuvat kiirgusvoogu.

d

dI

Valgustugevus on ühikulise ruuminurga kohta tulev

valgusvoog.

Fotomeetrilised suurused.

Kui I ei sõltu suunast, nimetatakse valgusallikat isotroopseks.

4I Punktvalgusallika korral.

Valgustugevuse ühik on: cdI SI 1

On SI põhiühik.

2) Valgusvoog.

I

lmsrcdSI 111

Valgustatus on pinnale langeva valgusvoo iseloomustamiseks.

dS

dE

lxm

lmE SI 1

1

12

risti pinnaga

Kui on kaldu pinnaga voog:

dn

r

dS

cosdS

dId

3) Valgustatus

Kui on kaldu pinnaga voog:

dn

r

dS

cosdS

dId

3) Valgustatus

2

cos

r

dSd

2

cos

r

dSId

22

coscos

r

I

rdS

dSIE

dS

dE

Heledus iseloomustab kiirgavat pinda (ka peegeldumisel) antud

vaatesuunas.

Heledus on antud vaatesuunas pinnaühikult paistev valgustugevus

risti selle pinnaga.

n

S

cosS

cosS

IB

ntm

cdB SI 1

1

12 nitt

4) Heledus B

Fotomeetrilised mõisted ja ühikud.

Fotomeetriliseks põhiühikuks on valgustugevuse ühik kandela e.

rahvusvaheline küünal (cd), mille kohta antakse etaloondefinitsioon:

Üks kandela on valgustugevus, mis võrdub 1/60 cm2 suuruse pinna

kiirgusega plaatina tahkumistemperatuuril (2044 K).

Tuletatud ühikuteks on:

• luumen (lm) - valgusvoog, mida kiirgab punktallikas 1 cd ruuminurka 1 sterradiaan;

• luks (lx) vastab valgustatusele üks luumen ruutmeetri kohta;

• nitt (nt) vastab heledusele 1 cd kiirgava pinna ruutmeetri kohta.

Fotomeetrilised ühikud:

• kandela (cd)

• luumen (lm)

• luks (lx)

• nitt (nt).

3. Loeng

Valguse interferents.

Valguslaine koherentsus ja monokromaatsus.

Interferents see on lainete liitumine. See on samasihiliste

võnkumiste liitumine.

Ajas püsiv liitmise tulemus on võimalik ainult koherentsete

lainete puhul ehk sama sageduse (monokromaatse) ja püsiva

faasivahega lainete puhul.

Reaalsed valgusallikad ei kiirga kunagi monokromaatseid laineid ja

seetõttu sõltumatutest allikatest pärinevad valguslained ei interfereeru.

Absoluutselt monokromaatne laine idealisatsioon, mis praktikas ei

realiseeru mitte kunagi. Põhjus on järgmine.

Reaalses valgusallikas on kiirgajaks aatom ja kiirgusakti tulemuseks

piiritletud valguslaine-valgusosake footon.

Ühe kiirgusakti pikkus on ca 1*10-8 s. See kestvus tuleneb

energianivoode diskreetsusest. Footonite võimendis LASER-is on

võimalik seda aega küll oluliselt pikendada, aga mitte lõpmatult, mida

nõuab absoluutselt monokromaatne laine.

Aines kiirgavad kõik aatomid kaootiliselt ja seetõttu on erinevate

kiirgusaktide algfaasid erinevad.

1) Valguslainete ajaline koherentsus.

Selle hindamiseks vaadatakse aega, mille jooksul

valguslainete paketis juhuslik faasimuutus ei ületa π-d.

Niisugune kriteerium on valitud seepärast, et selle

ületamisel seguneksid juba maksimumid ja miinimumid

ja interferents poleks enam jälgitav.

2) Valguslainete ruumiline koherentsus.

Tuleneb ajalise koherentsuse nõudest. Nimelt see on

ruumiosa mõõde, mille sihis ei muutu lainepakettides

juhuslik faasivahe rohkem kui π võrra.

.. kohkoh cl

Keskkonnas valguse kiirus väheneb ja siis:

... kohkohkohn

cvl

.. kohkoh clnL

Seega tuleb arvesse optiline teepikkus.

Praktikas tähendavad koherentsuse nõuded seda, et

liituvad valguslained tuleb sünteesida ühest ja samast

valgusallikast ja valguse spektraalset koostist tuleb

oluliselt piirata.

Valguse interferentsi üldtingimused.

Need on samad, mis mehaanilistel lainetel.

Valguse puhul räägitakse valguslaine intensiivsusest, mis

on sama kiirgusvoo mõistega.

On optiline käiguvahe.

Kui ...2,1,0m

mm2 maksimumtingimus

...2,1,0

2)12(

m

mKui )12( m

Liitumine vastasfaasis,

miinimumtingimus.

Interferentspildi arvutus kahe koherentse

valgusallika korral.

d

1S

2S

1s

2s

l

x

2

d

2

d

dl

Igas punktis valguse intensiivsus on määratud käiguvahega Δ

12 ss

222

1

222

2

)2

(

)2

(

dxls

dxls

21

2

ss

xd

lssdl 221

l

xdSeega:

d

1S

2S

1s

2s

l

x

2

d

2

d

Nüüd max. tingimus eelmisest punktist:

d

lmx

d

lmx

)2

1(min

max

Katse juuksekarva läbimõõdu leidmiseks.

nm638

.maxx

lmd

Uurime esimest maksimumi m=1.

Interferentsi jälgimise meetodid

1) Young’i meetod.

s

pilu

ekraan

1S

2S

2) Fresnel’i bipeegli meetod.

1S

S

2

2S

3) Fresnel’i biprisma meetod.

S

1S

2S

Valguse interferents õhukestes kiledes.

0n

n d

1

2

nõrk

ekraan

O B

C

A

Olgu n0=1

1 ja 2 interfereeruvad.

Leiame optilise käiguvahe joonel AB.

2)( OACBOCn

2On peegeldumisel tekkiv poollaine kaotus või võit

ülemiselt või alumiselt pinnalt.

“+” tuleb siis, kui n>n0

“-” tuleb siis, kui n

222 sin2sin12cos2 nddnnd

Lisame veel poollaine kaotuse arvestuse.

2sin2 22nd

Max. Tingimus.

,...2,1,0

2sin2 22

m

mnd

Min. Tingimus.

,...2,1,0

2)12(

2sin2 22

m

mnd

Rakendused:

Õhukeste optiliste kilede parameetrite (n ja d) määramine.

Niisiis interferentspilt sõltub , d, n, ja -st.

Kui , d, ja n on konstantsed, siis vastab igale langemisnurgale

oma interferentsriba. Need on siis samakalderibad.

Samapaksusribad.

Olgu , n, ja konstantsed, aga d muutuv.

on väike.

1 2

Samapaksusribad on lokaliseeritud kile lähedal kohal või ka kile all.

Newtoni rõngad. Värviline õlikile veepinnal.

Interferentsi rakendusi.

1) selgendatud optika.

Iga kahe keskkonna piiri läbimisel peegeldub paratamatult osa

valgusest tagasi tuldud keskkonda. Peegeldustegur R.

2

12

2

12

)(

)(

nn

nnR

Olgu klaas ja õhk. 11n 5,12n 04,0)15,1(

)15,1(2

2

R

Olgu teemant ja õhk. 11n 4,22n 17,0)14,2(

)14,2(2

2

R

Newtoni rõngad

H

d

LC < 2Hn

x

= 2d+ /2

d

x

R

= 2d+ /2

R2 = (R-d)2 +x2

R >> d

2Rd = x2 +d2

Rdx 2

m-järku miinimum:2

1m Rmxm

Optilistes süsteemides läätsi palju ja valguskaod suured.

Vaatleme olukorda:

1 '1

0n 'n1n 1' nn

2 ''2

'2d

1’ ja 2’ mõlemad on peegeldunud kiired. Nad on koherentsed ja

valides d võime saavutada nende miinimumi ühel lainepikkusel.

Tavaliselt on see 0,55 m. Siis näib objektiiv sinisena, sest

roheline valgus on minimeeritud.

2) Michelsoni interferomeeter.

ekraan

Liigutatav peegel

S1 '1

'2

'2'1

Kasutatakse ülitäpseks pikkuse muutude mõõtmiseks.

Valguse difraktsioon.

See on valguslaine levimine tõkke taha geomeetrilise

varju piirkonda.

Hygens’i Fresnel’i printsiip: Iga ruumipunkti kuhu on

jõudnud valguslaine võib vaadelda uue keralaine allikana.

Keskkonnas on see ka päriselt nii, sest seal kohtab

valguslaine elektroni ja see hakkab elektrivälja mõjul

võnkuma ja kiirgama.

Sekundaarlained on koherentsed, sest pärinevad ühest

ja samast kiirgusaktist. Muidugi peab olema täidetud

ruumiline ja ajaline koherentsus.

Valguse difraktsioon.

dsinα=mλ

Valguse polarisatsioon69. Polariseeritud valguse saamine.

k

vaatesuund

E

H

Vaatame ainult E vektorit

Loomulikus valguses kõik E vektori orientatsioonid smaväärsed.

E

Polariseeritud valgus.

E

k

E

H

Vektorid E ja k määravad polarisatsioonitasandi.

See on siis lineaarselt

polariseeritud valgus.

Üldjuhul on aga elliptiliselt polariseeritud valgus.

minmax

minmax

II

IIP

P- polarisatsiooniaste. I- valguse intensiivsus. On võrdeline

elektrivektori amplituudi ruuduga.

maxE

m inE

2EI

Loomulik valgus: 0minmax PII

Lineaarselt polariseeritud valgus: 10min PI

k

Polariseeritud valguse saamiseks kasutatakse polarisaatoreid. Need on

anisotroopsed ained so. mingis ruumisuunas aine elektronstruktuuri

korrastatuse poolest tähelepanuväärsed ained.

0E

E

polarisaator

2EI

cos0EE

22

0

2 cosEE2

0 cosII

Malus’ seadus

Loomuliku valguse läbiminekul polarisaatorist kahaneb selle

intensiivsus kaks korda, sest polarisaator peab ristiolevad

komponendid kinni (mõlemad komponendid on võrdtõenäosed).

loomulikpollin II2

1..

70. Valguse polarisatsioon

peegeldumisel ja murdumisel.

Katseliselt: Peegeldunud ja murdunud valgus on osaliselt

polariseeritud.

1n

2n

12 nn

1

2

E

E

Brewster näitas:

21tan n Siis on peegeldunud valgus maksimaalselt polariseeritud.

Nurk 1 ja 2 vahel on

siis täisnurk.

21cos

sintan n

sin

sin21n

045sincossin

sin

cos

sin

090

Fotoefekt seisneb elektronide väljalöömises metalli pinnast valguse toimel

Fotoefekti põhilised seaduspärasused:

1. Elektronide maksimaalne kiirus sõltub pealelangeva valguse sagedusest, kuid ei sõltu

intensiivsusest.

2. Igal ainel on olemas fotoefekti punane piir, st. lainepikkus λo, millest suure-ma

lainepikkusega valguse korral foto-efekti ei teki.

3. Metalli pinnast väljalöödud elektronide arv on võrdeline valguse intensiivsu-sega.

Einstein (1905) - valgus on osakeste (valguskvantide ehk footonite) voog, milles iga osakese

energia on energia on ω.

2

2mvA

.

Fotoefekt

Einsteini valem

Ka kiirgusenergiat mõõdetakse džaulides. Olulisim kvalitatiivne kiirgusvälja

iseloomustav karakteristik on kiirgusenergia voog e. kiirgusvoog.

Läbigu pinda dS ajaühikus kõigist suundadest tulev kiirgusenergia hulk dΦ .

Defineerime kiirgusvoo e. kiirgusenergia voo kui energiahulga, mis läbib

pinnaühikut ajaühikus:

SI süsteemis ühik J /(m2 ⋅s), W /m2 .

Selle suurusega võime iseloomustada nii kiirgusenergiat, mida kiirgab keha ise

kui ka keha poolt neelatavat energiat.

Kiirgusseadused

Kogu kiirgusvoog F üle kõigi lainepikkuste avaldub integraalina

Langegu mingile kehale monokromaatne kiirgusvoog , siis osa sellest

neeldub

osa peegeldub

ja osa läheb läbib keha

Ilmselt

Jagades mõlemad pooled läbi, saame

Selle avaldise liikmeid nimetatakse neeldumisvõime e.

neeldumiskoefitsient

peegeldusvõime e. albeedo

suhteline läbilaskvuskoefitsient

Tahketel kehadel läbilaskvus on 0, seega kehad, mis neelavad rohkem, peegaldavad vähem.

Absoluutselt musta keha kiirgusspekter sõltuvalt tema temperatuurist.

Ameerika füüsik Compton avastas 1922, sai 1927 Nobeli preemia.

Röntgenikiirguse hajumisel metallidelt (vabadelt elektronidelt) suureneb

kiirguse lainepikkus (väheneb sagedus) ehk

põrkudes elektroniga ANNAB FOOTON TALLE OSA OMA ENERGIAST JA

SEEGA FOOTONI ENERGIA VÄHENEB

(SAGEDUS VÄHENEB JA LAINEPIKKUS SUURENEB).

Comptoni efekt