E-book details

Laboratorium optyki falowej

Laboratorium optyki falowej

Andrzej Kołodziejczyk, Agnieszka Siemion, Maciej Sypek

Ebook

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

  • Title: Laboratorium optyki falowej
  • Author: Andrzej Kołodziejczyk, Agnieszka Siemion, Maciej Sypek
  • ISBN: 978-83-8156-074-0, 9788381560740
  • Date of issue: 2020-08-31
  • Format: Ebook
  • Item ID: e_1qm8
  • Publisher: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej