Optika pro mikroskopii materiálů I



Podobné dokumenty
Geometrická optika. předmětu. Obrazový prostor prostor za optickou soustavou (většinou vpravo), v němž může ležet obraz

M I K R O S K O P I E

FYZIKA II. Marek Procházka 1. Přednáška

Základní pojmy Zobrazení zrcadlem, Zobrazení čočkou Lidské oko, Optické přístroje

9. Geometrická optika

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Fyzika II. Marek Procházka Vlnová optika II

GEOMETRICKÁ OPTIKA. Znáš pojmy A. 1. Znázorni chod význačných paprsků pro spojku. Čočku popiš a uveď pro ni znaménkovou konvenci.

Optika. Zápisy do sešitu

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu

ZOBRAZOVÁNÍ ČOČKAMI. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Septima - Optika

Světlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky od 390 nm do 770 nm.

27. Vlnové vlastnosti světla

Maticová optika. Lenka Přibylová. 24. října 2010

Geometrická optika. Optické přístroje a soustavy. převážně jsou založeny na vzájemné interakci světelného pole s látkou nebo s jiným fyzikálním polem

Jestliže rozkmitáme nějakou částici pevného, kapalného anebo plynného prostředí, tak síly pružnosti přenesou tento kmitavý pohyb na částici sousední

MĚŘENÍ VLNOVÝCH DÉLEK SVĚTLA MŘÍŽKOVÝM SPEKTROMETREM

Odraz světla na rozhraní dvou optických prostředí

Přednáška 2_1. Konstrukce obrazu v mikroskopu Vady čoček Rozlišovací schopnost mikroskopu

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_10_Zobrazování optickými soustavami 1

ČOČKY JAKO ZOBRAZOVACÍ SOUSTAVY aneb O spojkách a rozptylkách. PaedDr. Jozef Beňuška jbenuska@nextra.sk

Viková, M. : MIKROSKOPIE I Mikroskopie I M. Viková

Paprsková optika. Zobrazení zrcadly a čočkami. Rovinné zrcadlo. periskop zobrazování optickými soustavami.

Ing. Jakub Ulmann. Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Centrovaná optická soustava

Digitální učební materiál

Světlo jako elektromagnetické záření

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

3. OPTICKÉ ZOBRAZENÍ

Typy světelných mikroskopů

Vady optických zobrazovacích prvků

Optika Elektromagnetické záření

Optika nauka o světle

2. Vlnění. π T. t T. x λ. Machův vlnostroj

Aplikovaná optika I: příklady k procvičení celku Geometrická optika. Jana Jurmanová

Mikroskopie a rentgenová strukturní analýza

Vlnové vlastnosti světla

OPTIKA - NAUKA O SVĚTLE

Elektromagnetické vlnění

7 FYZIKÁLNÍ OPTIKA. Interference Ohyb Polarizace. Co je to ohyb? 27.2 Ohyb

Přednáška č.14. Optika

Optické zobrazení - postup, kterým získáváme optické obrazy bodů a předmětů

Název a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA

Čočky Čočky jsou skleněná (resp. plastová) tělesa ohraničená rovinnými nebo kulovými plochami. Pracují na principu lomu. 2 typy: spojky rozptylky

Vlnové vlastnosti světla. Člověk a příroda Fyzika

3. Optika III Přímočaré šíření světla

Historie světelné mikroskopie. Světelná mikroskopie. Robert Hook (1670) a Antonie van Leeuwenhoek (1670) zakladatelé světelné mikroskopie

Optika OPTIKA. June 04, VY_32_INOVACE_113.notebook

OPTIKA -p vodní význam NAUKA O SV TLE

Interference vlnění


Bodový zdroj světla A vytvoří svazek rozbíhajících se paprsků, které necháme projít optickou soustavou.

Rovinná monochromatická vlna v homogenním, neabsorbujícím, jednoosém anizotropním prostředí

Zákon lomu světla (Snellův zákon) lze matematicky vyjádřit vztahem: , n2. opticky řidšího do prostředí opticky hustšího, láme se ke kolmici.

Postupné, rovinné, monochromatické vlny v lineárním izotropním nemagnetickém prostředí

Lasery základy optiky

ZOBRAZOVÁNÍ ROVINNÝM ZRCADLEM

Laboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech

Sylabus přednášky Kmity a vlny. Optika

rychlostí šíření světla v tomto prostředí ku vakuu, n = c/v. Pro vzduch je index lomu přibližně 1, voda má 1.33, sklo od 1.5 do 1.9.

ODRAZ A LOM SVĚTLA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Septima - Fyzika - Optika

Cvičení Kmity, vlny, optika Část interference, difrakce, fotometrie

Světlo 1) Světlo patří mezi elektromagnetické vlnění (jako rádiový signál, Tv signál) elmg. vlnění = elmg. záření

Neživá příroda I. Optické vlastnosti minerálů

3.2.5 Odraz, lom a ohyb vlnění

Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát

Výfučtení: Jednoduché optické soustavy

Charakteristiky optického záření

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Zobrazení čočkou

Fyzika 2 - rámcové příklady Geometrická optika

6. Geometrická optika

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Vlnění

Jednou z nejstarších partií fyziky je nauka o světle tj. optika. Existovaly dva názory na fyzikální podstatu světla:

OPTIKA. I. Elektromagnetické kmity

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_20_FY_C

Světlo x elmag. záření. základní principy

Někdy je výhodné nerozlišovat mezi odrazem a lomem tím způsobem, že budeme pokládat odraz za lom s relativním indexem lomu n = 1.

S v ě telné jevy. Optika - nauka - o světle, jeho vlastnostech a účincích - o přístrojích, které jsou založeny na zákonech šíření světla

Učební texty z fyziky 2. A OPTIKA. Obor zabývající se poznatky o a zákonitostmi světelných jevů. V posledních letech rozvoj optiky vynález a využití

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Vlnové vlastnosti světla difrakce, laser

APLIKOVANÁ OPTIKA A ELEKTRONIKA

Měření vlnové délky spektrálních čar rtuťové výbojky pomocí optické mřížky

25. Zobrazování optickými soustavami

Úloha 6: Geometrická optika

Lupa a mikroskop příručka pro učitele

FYZIKA PRO IV. ROČNÍK GYMNÁZIA - OPTIKA 2. VLNOVÁ OPTIKA

MODUL 4. OPTIKA 4.1. ÚVODNÍ POJMY, SVĚTLO, ŠÍŘENÍ SVĚTLA, INDEX LOMU SHRNUTÍ

Praktikum školních pokusů 2

ω=2π/t, ω=2πf (rad/s) y=y m sin ωt okamžitá výchylka vliv má počáteční fáze ϕ 0

Jaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký. Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený

Rozdělení přístroje zobrazovací

ZOBRAZOVÁNÍ ODRAZEM NA KULOVÉ PLOŠE aneb Kdy se v zrcadle vidíme převrácení. PaedDr. Jozef Beňuška jbenuska@nextra.sk

Fyzika 2 - rámcové příklady vlnová optika, úvod do kvantové fyziky

Pozorování Slunce s vysokým rozlišením. Michal Sobotka Astronomický ústav AV ČR, Ondřejov

Návrh optické soustavy - Obecný postup

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

Fyzika III Optika a částicová fyzika

Úvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014

Transkript:

Optika pro mikroskopii materiálů I Jan.Machacek@vscht.cz Ústav skla a keramiky VŠCHT Praha +42-0- 22044-4151

Osnova přednášky Základní pojmy optiky Odraz a lom světla Interference, ohyb a rozlišení optických přístrojů Geometrická optika Optické vady čoček - paprskové aberace

Základní pojmy optiky - světlo je elektromagnetické vlnění - viditelné světlo ~ 400-700 nm. /wiki/ - elmag. vlnění je příčné - vlnová f. u x, t - vektor kolmý ke směru šíření /microscopy primer/

Základní pojmy optiky - polarizace příčného vlnění lineární - u kmitá na přímce kolmé ke směru šíření kruhová - u nemění velikost, koncový bod se pohybuje po kružnici eliptická - koncový bod u se pohybuje po elipse - nepolarizované vlnění - náhodné kmity v rovině kolmé na směr šíření /microscopy primer/

Základní pojmy optiky - monochromatická vlna: u x, t = u 0 cos (kx ωt + φ) (amplituda, vlnové číslo, souřadnice, úhlová frekvence, čas, fáze) λ = 2π k ; f = ω 2π ; - vlnová rovnice - popisuje šíření vlnění 2 u 1 v f 2 2 u t 2 = 0 v f je fázová rychlost, vlna splňuje rovnici, pokud v f = ω k - platí, že v f = 1 εμ resp. n = v f 0 v f = ε r μ r ; kde ε r = ε a μ ε r = μ 0 μ 0 (0 - vakuum)

Základní pojmy optiky - v f závisí na frekvenci v disperzním prostředí. různé monochrom. vlny se šíří různou fázovou rychlostí - v f většinou klesá s rostoucí ω (n, λ ) /microscopy primer/ /Hofmann, Urbanová 2005/

Základní pojmy optiky - v nehomogenním prostř. v f = v f r resp. n = n r - na rozhraní nespoj. - vlnoplocha - množina bodů, kde má vlnová funkce konstantní hodnotu - speciální prostorové vlny: rovinná monochromatická vlna u r, t = u 0 cos k r ωt + φ sférická monochromatická vlna u r, t = u 0 r cos k r ωt + φ /wiki/

Základní pojmy optiky - Huygensův princip: Každý bod prostoru, kam vlnění dorazí, je bodovým zdrojem vlnění. Z tohoto bodového zdroje se šíří elementární kulové vlnoplochy a výsledná vlnoplocha je obálkou elementárních vlnoploch. /wiki/

Základní pojmy optiky - Fermatův princip: Světlo se v prostoru šíří z jednoho bodu do druhého po takové dráze, aby doba potřebná k proběhnutí této dráhy nabývala minimální hodnotu. - optická dráha = index lomu x geometrická dráha /wiki/

Odraz a lom světla Odraz světla - dvě prostředí, rychlosti světla v 1 v 2 - kolmice dopadu, rovina dopadu - dopadající a odražený paprsek - úhel dopadu α a odrazu α - z Huygensova principu plyne: α = α /Hofmann, Urbanová 2005/

Odraz a lom světla Lom světla - dvě prostředí, rychlosti světla v 1 v 2 - dopadající a lomený paprsek - úhel dopadu α a lomu β - v 1 > v 2 - lom ke kolmici - v 1 < v 2 - lom od kolmice /Hofmann, Urbanová 2005/

Odraz a lom světla - Snellův zákon: n 1 sin α = n 2 sin β - lze odvodit z Fermatova principu - úplný odraz, mezní úhel: sin (αmax) = n 2 n 1, β = 90 /microscopy primer/

Odraz a lom světla Polarizace odrazem - lomený paprsek - částečná polarizace - odražený paprsek je lineárně polarizovaný kolmo na rovinu dopadu, pokud je kolmý na lomený paprsek, tzn. α B + β B = 90 tan α B = n 2 n 1 /Hofmann, Urbanová 2005/ (Brewsterův úhel) /microscopy primer/

Interference a ohyb Interference - elmag. vlnění lze skládat - i nekonečné sumy E(r, t) E N (r, t) N - interferenční zeslabení i zesílení - interference na soustavě štěrbin, na tenké vrstvě /wiki/

Interference a ohyb Ohyb - difrakce - světlo se na štěrbině šíří i mimo stopu geometrické optiky (Huygensův p.) - vznik difrakčních minim a maxim - Airyho disk /microscopy primer/

Rozlišovací schopnost optických přístrojů - Mezní rozlišovací schopnost - podmíněna pouze vlnovými vlast. světla - θ m sin θ m = 1,22 λ ; D je průměr kruhové apertury (štěrbiny) D - Rayleighovo kritérium rozlišení - centrální maximum jednoho ohyb. obrazce spadne právě do prvního minima druhého obrazce a obrazy považujeme ještě za rozlišené. /Hofmann, Urbanová 2005/

Rozlišovací schopnost optických přístrojů - Mezní rozlišovací schopnost - podmíněna pouze vlnovými vlast. světla - θ m sin θ m = 1,22 λ ; D je průměr kruhové apertury D - Rayleighovo kritérium rozlišení - centrální maximum jednoho ohyb. obrazce spadne právě do prvního minima druhého obrazce a obrazy považujeme ještě za rozlišené. /Hofmann, Urbanová 2005/

Geometrická optika Axiomy geometrické optiky - světlo se šíří homogenním a izotropním prostředím přímočaře - při průchodu rozhraním se láme podle Snellova zákona lomu - při odrazu od rozhraní se odráží podle zákona odrazu - světlo se šíří prostředím nezávisle na tom, zda tímto prostředím prochází i jiné světlo - paprsek, který probíhá jedním směrem, může probíhat i opačně - zobrazovací soustava - mění chod paprsků díky odrazivým a lámavým plochám - paprsky vycházející z jednoho bodu (přímky) se zobrazují opět do bodu (přímky) nezávisle na barvě světla

Geometrická optika - zobrazovací vady (barevná, otvorová,...) v reálných zobr. soustavách - předmětový a obrazový prostor - reálný a zdánlivý obraz - protínání paprsků - centrovaná zobrazovací soustava - optická osa - ohniska a ohniskové roviny - zobrazení bodů z nekonečna - předmětová a obrazová hlavní rovina, ohnisková vzdálenost - příčné zvětšení y ; obraz zvětšený zmenšený, přímý převrácený y - úhlové zvětšení Z = tan α tan α

Geometrická optika Zobrazení lomem - tenké čočky - typy čoček podle hraničních ploch: - optická mohutnost, D = 1 f - příčné zvětšení, y = x = x f y x f = f x f /Hofmann, Urbanová 2005/ - zobrazovací rovnice tenké čočky, 1 x + 1 x = 1 f /Hofmann, Urbanová 2005/

Geometrická optika Optické přístroje - neakomodované oko - na předměty ve vzdálenosti 5 m a více není nutné zaostřovat, do 10 cm akomodace - konvenční zrak. vzdálenost, l - 25 cm (pozorování drobných předmětů) - zorný úhel - úhel našeho vidění předmětu (min 1 oblouková minuta) Lupa - pro neakomodované a akomodované oko - /Hofmann, Urbanová 2005/

Geometrická optika Mikroskop - 2 spojné čočky - objektiv - malá ohnisková vzdálenost (~ mm) - okulár - lupa - ohnisko (~ cm) - x > f 1 - obraz y před ohniskem F 2 okuláru - obraz y je převrácený, zvětšený, neskutečný - Z mikro = Z 1 Z 2 = lδ f 1 f 2 < 0 - optický interval - vzdálenost mezi F 1 ' a F 2 /Hofmann, Urbanová 2005/

Optické vady čoček - paprskové aberace Barevná vada - chromatická aberace - je vada, která souvisí s tím, že ohnisková vzdálenost čočky závisí na indexu lomu a ten se mění podle vlnové délky, barvy světla. /wiki/

Optické vady čoček - paprskové aberace Otvorová vada - sférická aberace - obraz předmětu je fokusován do bodu před obrazovou rovinou v závislosti na úhlu paprsku od optické osy - paraxiální paprsky - paprsky v blízkosti optické osy (sin (α) α) /wiki/

Optické vady čoček - paprskové aberace Koma - na čočku dopadá široký svazek paprsků, který není rovnoběžný s optickou osou. Bod se nebude zobrazovat jako úsečka, ale bude v různě vzdálených rovinách vytvářet složité obrazce připomínající komety. /microscopy primer/

Optické vady čoček - paprskové aberace Astigmatismus - je vada, kdy při zobrazení roviny kolmé k optické ose dochází k tomu, že body v navzájem kolmých osách se nezobrazí ve stejné vzdálenosti.

Optické vady čoček - paprskové aberace Zklenutí - body ležící v rovině kolmé k optické ose se nezobrazují v rovině kolmé k ose, ale na zakřivené ploše. V rovině kolmé k optické ose tak nelze získat obraz, který by byl v celém rozsahu stejně ostrý. /microscopy primer/

Optické vady čoček - paprskové aberace Zkreslení - Obrazová rovina je zakřivena zobrazovací soustavou. /microscopy primer/