Laboratorium optyki falowej

Laboratorium optyki falowej

rok wydania: 2020
ISBN: 978-83-8156-013-9
ilość stron: 124
oprawa: miękka

Opis

Skrypt zawiera opis podstawowych ćwiczeń laboratoryjnych dotyczących zagadnień z zakresu optyki falowej, takich jak: obrazowanie w ramach optyki geometrycznej i falowej, interferencja i koherencja światła (doświadczenie Younga przy oświetleniu laserowym, światłem quasi-monochromatycznym lampy gazowej i światłem białym, interferometr Michelsona, interferometr Macha-Zehndera), dyfrakcja światła (strefy Fresnela, plamka Poissona, kamera otworkowa - camera obscura, siatka dyfrakcyjna, zjawisko samoobrazowania, dyfrakcja Fraunhofera i jej zastosowanie w dyfraktometrii, twierdzenie o skalowaniu w ramach dyfrakcji Fresnela), holografia (holografia klasyczna - zapis siatki dyfrakcyjnej i hologram Fresnela płaskiego obiektu dyfuzyjnego, holografia syntetyczna – płytki strefowe i hologram Fouriera zaprojektowanego numerycznie obiektu dwuwymiarowego, holografia cyfrowa – zapis i odtworzenie hologramu cyfrowego).

Prezentowane ćwiczenia obejmują podstawowe pomiary, których zadaniem jest weryfikacja doświadczalna opisu teoretycznego bądź ilustracja praktycznego zastosowania omawianego zjawiska. Część zaproponowanych eksperymentów można przeprowadzić w skromniej wyposażonych laboratoriach, na przykład w szkołach podstawowych i ponad podstawowych na lekcjach przyrody i fizyki lub na kółkach zainteresowań.

Spis treści

Wstęp / 7

Ćwiczenie 1 / 9
Formowanie elementarnych frontów falowych. Zapoznanie się z podstawowymi elementami optycznymi i źródłami światła, które będą wykorzystywane podczas zajęć laboratoryjnych. Podstawy techniki fotograficznej / 9
Część teoretyczna / 9
Fala sferyczna / 10
Fala płaska / 12
Fala cylindryczna / 14
Elementy fotometrii / 16
Wprowadzenie teoretyczne – technika fotograficzna / 19
Pryzmat i lustro / 19
Matryca światłoczuła / 20
Podstawy użytkowania aparatu fotograficznego typu lustrzanka cyfrowa / 21
Przysłona / 23
Histogram / 24
Lampa błyskowa /26
Filtry / 27
Przebieg ćwiczenia / 27

Ćwiczenie 2 / 30
Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje / 30
Wprowadzenie teoretyczne / 30
Płaszczyzny główne / 34
Aberracje / 35
Przebieg ćwiczenia / 38

Ćwiczenie 3 / 40
Doświadczenie interferencyjne Younga / 40
Wprowadzenie teoretyczne / 40
Przebieg ćwiczenia / 46

Ćwiczenie 4 / 48
Strefy Fresnela / 48
Wprowadzenie teoretyczne / 48
Przebieg ćwiczenia / 55

Ćwiczenie 5 / 58
Pomiar drogi spójności źródeł laserowych Interferometr Michelsona / 58
Spójność czasowa promieniowania / 58
Interferometr Michelsona / 59
Przebieg ćwiczenia / 61

Ćwiczenie 6 / 63
Interferometr Macha-Zehndera. Zapis sinusoidalnej siatki dyfrakcyjnej i pomiar jej okresu przestrzennego / 63
Interferometr Macha-Zehndera / 63
Siatka dyfrakcyjna / 64
Przebieg ćwiczenia / 71

Ćwiczenie 7 / 72
Samoobrazowanie obiektów periodycznych / 61
Wprowadzenie teoretyczne / 72
Przebieg ćwiczenia / 77

Ćwiczenie 8 / 80
Wykorzystanie optycznej transformaty Fouriera do pomiaru małych obiektów dwuwymiarowych. Weryfikacja doświadczalna dyfrakcyjnego twierdzenia o skalowaniu / 80
Wprowadzenie teoretyczne / 80
Natężeniowe transformaty Fouriera wybranych apertur / 83
Dyfrakcyjne twierdzenie o skalowaniu / 87
Przebieg ćwiczenia / 88

Ćwiczenie 9 / 89
Hologram Fresnela / 89
Wprowadzenie teoretyczne / 89
Przebieg ćwiczenia / 92

Ćwiczenie 10/11 / 95
Holografia syntetyczna - płytki strefowe / 95
Wprowadzenie teoretyczne / 95
Kodowanie fazowych frontów falowych / 96
Kodowanie amplitudowe binarne / 97
Kodowanie fazowe binarne / 100
Kinoform / 101
Przebieg ćwiczenia / 102

Ćwiczenie 12/13 / 105
Generowany komputerowo hologram Fouriera / 105
Wprowadzenie teoretyczne / 105
Hologram Fouriera / 105
Algorytm obliczania rozkładu fazy hologramu Fouriera / 107
Przebieg ćwiczenia / 110

Ćwiczenie 14 / 111
Hologram cyfrowy / 111
Wstęp / 111
Zapis hologramu cyfrowego / 111
Sposoby odtwarzania hologramu cyfrowego / 115
Przebieg ćwiczenia / 115

Ćwiczenie 15 / 116
Obrazowanie / 116
Niezmiennicze przestrzennie układy obrazujące / 116
Odpowiedź impulsowa układu / 118
Element „miecz świetlny” i powiększona głębia ostrości / 120
Zadania do wykonania / 121

Bibliografia / 122
Lista potrzebnych przyrządów i materiałów / 123