ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Samankaltaiset tiedostot
ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

Kuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Scanned by CamScanner

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

Maxwellin yhtälöt sähkämagneettiselle kentälle tyhjiössä differentiaalimuodossa: E =0, B =0, E = B/ t, B = ɛ o μ o E/ t.

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Kenttäteoria. Viikko 10: Tasoaallon heijastuminen ja taittuminen

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

9. Polarimetria. 1. Stokesin parametrit 2. Polarisaatio tähtitieteessä. 3. Polarisaattorit 4. CCD polarimetria

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Syksy 2017 Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Optiikka. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

10. Polarimetria. 1. Polarisaatio tähtitieteessä. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

7 VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Kevät 2014 Veli-Matti Pelkonen (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

jonka peruslait tiivistyvät neljään ns. Maxwellin yhtälöön.

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

5.3 FERMAT'N PERIAATE

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

9. Polarimetria. tähtitieteessä. 1. Polarisaatio. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

5. Optiikka. Havaitsevan tähtitieteen pk I, luento 5, Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman. HTTPK I, kevät 2012, luento 5

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

3.32. On tärkeätä muistaa, että tehosta desibeleissä puhuttaessa käytetään kerrointa 10 ja kentänvoimakkuuden yhteydessä kerrointa 20.

ja läpäisyaika lasketaan (esim) integraalilla (5.3.1), missä nyt reitti s on z-akselilla:

FYSA2010/2 VALON POLARISAATIO

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

VALON KÄYTTÄYTYMINEN RAJAPINNOILLA

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

LUKU 10. Yhdensuuntaissiirto

KANDIDAATINTYÖ. Pyry Salonpää ELEKTRONIIKAN JA TIETOLIIKENNETEKNIIKAN TUTKINTO-OHJELMA

oppilaitos: ARKADIAN YHTEISL YSEO

11.1 MICHELSONIN INTERFEROMETRI

ja siis myös n= nk ( ). Tällöin dk l l

Antennin impedanssi. Z A = R A + jx A, (7 2 ) jossa R A on sy öttöresistanssi ja X A sy öttöreak tanssi. 6. maaliskuuta 2008

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Mikroskooppisten kohteiden

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014

e =tyhjiön permittiivisyys

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet. Kari Sormunen Syksy 2014

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

9 VALOAALTOJEN SUPERPOSITIO

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Kertaustehtävien ratkaisuja

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

SMG-1400 SMG KENTÄT JA AALLOT 2 Kriteerit tenttiin Suuriniemi

Sähkömagneettiset aallot

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

YOUNGIN KOE. varmistaa, että tuottaa vaihe-eron

12. Eristeet Vapaa atomi. Muodostuva sähköinen dipolimomentti on p =! " 0 E loc (12.4)

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus

2 Mekaaninen aalto. Mekaaniset aallot kulkevat jossain materiaalissa, jota kutsutaan tässä yhteydessä väliaineeksi (medium).

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 4 / vko 47

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

IR-LÄMPÖMITTARIT. Infra-punasäteily. Kollimoitu ja fokusoitu säde. Sähkömagneettinen säteily

Pro-gradu tutkielma. Ympyräpolarisoidun synkrotronisäteilyn tuotto. Aleksi Änäkkälä Oulun yliopisto Fysiikan laitos 2012

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

+ 0, (29.20) 32 SÄHKÖMAGNEETTISET AALLOT (Electromagnetic Waves) i c+ ε 0 dφ E / dt ja silmukan kohdalla vaikuttavan magneettivuon tiheyden

AURINKOENERGIA. Auringon kierto ja korkeus taivaalla

Interferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Valo-oppia. Haarto & Karhunen.

Värähdysliikkeet. q + f (q, q, t) = 0. q + f (q, q) = F (t) missä nopeusriippuvuus kuvaa vaimenemista ja F (t) on ulkoinen pakkovoima.

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

SMG-1400 Sähkömagneettiset kentät ja aallot II Tentti , Arvosteluperusteet

Häiriöt kaukokentässä

1. Polarimetria. voidaan tutkia mm. planeettojen ilmakehien ja tähtien välistä pölyä.

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

Tietoliikennesignaalit & spektri

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Suuntaavuus ja vahvistus Aukkoantennien tapauksessa suuntaavuus saadaan m uotoon (luku ) E a 2 ds

Transkriptio:

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op) Jari J. Hänninen 2015 16/IV V

Luentoviikko 9 Tavoitteet Valon luonne ja eteneminen Dispersio Lähde: https: //www.flickr.com/photos/fastlizard4/5427856900/in/set-72157626537669172, Andrew FastLizard4 Adams [CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)] 2 (12)

Luentoviikko 9 Tavoitteet Tavoitteena on oppia miten tavallisesta valosta tehdään polarisoitunutta 3 (12)

Dispersio Taitekerroin riippuu taajuudesta Optiikassa perusmateriaaliparametri on taitekerroin Valon nopeus materiassa riippuu aina taajuudesta = taitekerroin aineessa riippuu taajuudesta = eritaajuiset signaalikomponentit kulkevat eri nopeuksilla = dispersio = signaalin aaltomuoto muuttuu Tyypillisesti optisissa materiaaleissa taitekerroin pienenee taajuuden pienentyessä (vapaantilan aallonpituuden kasvaessa) = normaali dispersio Joskus taitekerroin kasvaa taajuuden pienentyessä = anomaalinen dispersio Dispersio rajoittaa optisten komponenttien suorituskykyä (esim. ultranopeassa optisessa tiedonsiirrossa) 4 (12)

Dispersio Prisma Prisman lasissa pitkäaaltoinen punainen valo taittuu vähiten ja lyhytaaltoinen violetti eniten Valo hajaantuu (dispergoituu) spektriksi Dispersio selittää myös timanttien väriloiston ja sateenkaaren värit 5 (12)

on poikittaisen aaltoliikkeen ominaisuus (poikittaisella poikkeamalla on suunta) Sähkömagneettisen aallon polarisaatio = E-vektorin suunta ja käytös; esimerkiksi tasoaalto E(x,t) = ĵemax cos(kx ωt), B(x,t) = ˆkBmax cos(kx ωt) [eristeen polarisoituminen on eri ilmiö] on lineaarisesti polarisoitunut y-suuntaan Radiolähettimen antennin tai yksittäisen molekyylin säteilemällä aallolla on yleensä tietty polarisaatiotila (esim. lineaarinen polarisaatio, mutta tila voi olla erilainen eri suunnissa) Valonlähteet (hehkulamppu, loistelamppu, aurinko) lähettävät tyypillisesti polarisoitumatonta eli luonnonvaloa (koska säteilijät ovat satunnaissuuntaisia) = valossa on kaikkiin poikittaissuuntiin lineaarisesti polarisoituneita aaltoja = polarisoidun valon tuottamiseen tarvitaan polarisoiva suodatin 6 (12)

käsitteitä Lineaarisesti polarisoitu[nut] kenttävektori värähtelee [poikittaisesti] vakiosuuntaista janaa pitkin Polarisaattori optinen komponentti, jonka läpi pääsevät vain tietyllä polarisaatiolla saapuvat aallot (mikroaalloilla: metalliritilä ritilän lankojen suuntainen sähkökenttä ei pääse läpi) Dikroismi [tässä:] materiaali absorboi (imee) yhtä polarisaatiokomponenttia voimakkaammin kuin toista (kohtisuoraa) komponenttia Polarisoiva akseli aallot, jotka ovat polarisoituneet aineen tai rakenteen polarisoivan akselin suuntaisesti pääsevät läpi aineesta tai rakenteesta Kahtaistaittavuus materiaalin taitekerroin riippuu aallon polarisaatiosuunnasta (hyödynnettävissä esim. ympyräpolarisaation tuottamisessa) 7 (12)

Polarisaattorien käyttö polarisoimisessa Polarisoitumattoman valon sähkökenttäkomponentti tarkastelusuunnassa on keskimäärin yhtäsuuri kuin komponentti kyseistä suuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa Ideaalinen polarisaattori päästää läpi puolet polarisoitumattoman valon tehotiheydestä: I t = I 0 /2 Lisätään toinen polarisaattori (analysaattori) Ensimmäisen polarisaattorin läpi päässeen sähkökentän E voi jakaa analysaattorin optisen akselin suhteen kohtisuoraan (E ) ja yhdensuuntaiseen (E ) komponenttiin Analysaattorin läpi pääsee amplitudi E = E t cosφ, missä φ on polarisaattorien polarisoivien akselien välinen kulma = Malusin laki lineaarisesti polarisoituneelle valolle (I max [ I t ], kun φ = 0): I = S av = 1 2 ɛ 0cE 2 max = I = I max cos 2 φ 8 (12)

Esimerkki Malusin lain käyttämisestä Kolme polarisaattoria asetettu peräkkäin siten, että toisen polarisaattorin polarisoivan akselin kulma on θ ja kolmannen 90 ensimmäisen polarisaattorin optiseen akseliin verrattuna. Sisään tulee polarisoitumatonta valoa (intensiteetti I 0 ). Mikä on järjestelmän läpi menneen valon intensiteetti I(θ)? Ratkaisu: Ensimmäisen polarisaattorin läpäisee intensiteetti I 0 /2. Toisen polarisaattorin jälkeen intensiteetti on (I 0 /2)cos 2 θ. Kolmannen polarisaattorin jälkeinen intensiteetti I = I 0 2 cos2 θ cos 2 (90 θ) = I 0 2 cos2 θ sin 2 θ = I 0 8 sin2 (2θ) Maksimi-intensiteetti saadaan, kun 2θ = 90 = θ = 45 (valoa siis pääsee kolmisuodattimisen rakenteen läpi, vaikka pelkkä ensimmäisen ja kolmannen polarisaattorin yhdistelmä pysäyttäisi valonkulun kokonaan) 9 (12)

Heijastuksen käyttö polarisoimisessa Aallot, joiden E-vektori on kohtisuorassa tulotasoa vastaan (eli joiden E on yhdensuuntainen heijastavan pinnan kanssa), heijastuvat voimakkaammin kuin aallot, joiden E on tulotasossa [tämä käy ilmi Fresnelin kertoimista] Jos valo saapuu rajapintaan polarointikulmassa θ p, tulotasossa värähtelevä kenttäkomponentti ei heijastu lainkaan vaan läpäisee pinnan täysin (heijastunut valo on täysin polarisoitunutta ja läpäissyt valo on osittain polarisoitunutta) θ p θ p n a n b θ b

Brewsterin kulma Heijastuksettomuusehto toteutuu, kun θ b + θ p = 90 Snellin taittumislaista: n a sinθ p = n b sin(90 θ p ) = n b cosθ p = tanθ p = n b n a = Brewsterin laki ja θ p on Brewsterin kulma Laki voidaan johtaa Maxwellin yhtälöistä, joista saadaan Fresnelin kertoimet eli sähkökenttäamplitudin heijastus- ja läpäisykertoimet Polarointikulman fysikaalinen selitys? 11 (12)

Ympyrä- ja elliptinen polarisaatio Ympyräpolarisoitu aalto saadaan kahden kohtisuoraan suuntaan lineaarisesti polarisoidun aallon summana Tarvitaan sama amplitudi ja ±π/2:n (eli 90 :een eli neljännesjakson) vaihe-ero Summa-aallon sähkökenttävektorin kärki kiertää ympyrää pitkin, kun katsotaan aallon tulosuuntaan Vasen- ja oikeakätinen ympyräpolarisaatio (riippuu vertailusuunnasta?) Jos nollasta poikkeava vaihe-ero ei ole ±π/2 tai kohtisuorien (erivaiheisten) komponenttiaaltojen amplitudit ovat eri suuret = elliptinen polarisaatio Vaihe-ero voidaan tuottaa kahtaistaittavalla kiteellä (esim. kalsiitti CaCO 3 tai kvartsi) Kahtaistaittava neljännesaaltolevy tuottaa λ/4-vaihesiirron Muuttaa lineaarisesti polarisoidun aallon ympyräpolarisoiduksi (ja päinvastoin) 12 (12)