КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Лекция номер 7




Относно: Оптика

План на лекцията:

1. Смущения и дифракция на светлината, използвана в медицината

2. Понятието холография

3. Поляризация на светлината. Поляриметрия (Брикс)

4. Оптичен, медицински приложения

5. оптичната система на окото

6. Специални методи на оптичен микроскоп

1. Оптика - клон на физиката, в която законите на радиацията считат, усвояване и разпределение на светлината. Във физиката, терминът "светлина" се използва не само за радиация възприема от човешкото око, но също така и към невидима радиация. Естеството на светлина е двойна, дуалистична. Това означава, че светлината и се държи като електромагнитна вълна, и като поток от частици - фотоните. Двойствеността на светлина, по-специално, се отразява от формула E = HV, тъй като енергията Е на фотона е квантова характеристика и честота ν на трептене - характерен процес вълна.

Някои оптични свойства на светлинни явления вълновите случват в по-голяма степен и в другата - на еритроцитите. присъщи също частици двойствената природа - електрони, протони и др ...

В развитието на оптични наблюдения на физични експерименти и теории са играли особена роля: на праволинейно разпространение на светлината и нейното отражение от огледалото повърхности е известно дълго преди нашата ера; Микелсън намеса експеримент беше експериментална основа на теорията на относителността; хипотеза на Планк за дискретен характер на радиация инициира квантовата физика.

Под влиянието на светлината, за да го разбере, е добавянето на светлинните вълни, в резултат на образуването на стабилна картина на сила и слабост. За намесата на светлина е необходимо да отговарят на определени условия.

Добавянето на вълните разпространяващи се в среда се определя добавяне в различни точки в пространството, съответстваща вибрации. Най-простият случай на прибавяне на електромагнитни вълни се наблюдава, когато те са на същата честота и посока на електрически вектори съвпадат.

В този случай, амплитудата на електрическото поле:

(1)

където Δφ - разлика по отношение на фазите на вълни (вибрации).

В зависимост от вида на източника на светлина вълна наслагване може да бъде коренно различна.

Помислете за добавяне на вълни от конвенционални източници на светлина (лампи, пламъци, слънце, и така нататък. Н.). Всеки източник е набор от огромен брой излъчващи атоми. Един атом излъчва електромагнитни вълни в продължение на около 10 -8 S, емисията е случаен събитие, така че разликата на фазите Δφ се случайни стойности. В същото време средната стойност на емисиите на всички атоми sozΔφ стойност е равна на нула. Вместо (1) ние получаваме средния капитал за точките в пространството, където двете вълни добавите, като се започне от две конвенционални източници на светлина:



(2).

Тъй като силата на вълната е пропорционална на квадрата на амплитудата, от (2) имаме състоянието на добавяне на I1 интензитетите и I2 вълни:

I = I1 + I2 (3)

Това означава, че за интензивността на излъчване произхождащи от две (или повече) от конвенционални източници на светлина, се извършва сравнително проста правило допълнение: интензивността на общата радиация е сумата на интензитетите на условията на вълни. Това се наблюдава в ежедневната практика: осветяването на двата фара е равна на размера на осветление, произведени от всяка светлина поотделно.

Ако Δφ остава непроменена в течение на времето, светлината се получава смущение. Интензитетът на получената вълна се стойност различни точки в пространството от минимум до определена максимална.

Намесата на светлина се появява от последователен, съгласуван източници, които осигуряват постоянна разлика Δφ фаза време от гледна точка на вълни в различни точки. Вълните, които отговарят на това условие, наречени последователни.

Намесата може да се извършва от два синусоидални вълни на същата честота, но на практика, за да се създадат такива светлинни вълни не могат да бъдат толкова последователни вълни се, "разцепване" на светлинните вълни, идващи от източника.

Продуктът от геометричната пътя на вълните на рефрактивния индекс на средата, т.е.. Е. Xn, наречен дължината на оптичния път, и разликата на тези пътища

δ = X 1 N 1 - N 2 х 2 (4)

- Разликата между оптичните вълни пътуване.

Връзката между фазовата разлика и оптичен път разликата на интерфериращите вълни:

или (5)

Използването на законите на допълнение и съотношението на трептенията (5), ние получаваме максималните и минималните условия интензитетът на светлината в канадския - съответно:

(Max)

(6)

(Min),

където К = 0, 1, 2, ....

По този начин, като максимумът на interferentsiinablyudaetsya в тези точки, за които оптичен път разликата е равен на общия брой на вълните (четен брой полувълни), минимум - в тези точки, за които оптичен път разликата е нечетно число на половин дължина на вълната.

Намесата на светлина се използва в интерферометри - инструменти за измерване с висока точност на дължина на вълната по-къси разстояния, индексите на вещества на пречупване и да се определи качеството на оптичните повърхности.

Фиг. 1 е схематична диаграма на интерферометъра Микелсън, който се отнася до два-направление група. като вълната на светлината, в това bifurcates и двете части, които имат различни пътища пречат.

Фиг.1

Рей 1 монохроматична светлина от източник S е под ъгъл от 45 ° на равнината паралелна стъклена плоча на, на задната повърхност на която е прозрачна, като покрита с много тънък слой от сребро. О, точка Този лъч се разделя на две греди 2 и 3, което е приблизително същата интензивност.

Рей 2 достигне огледало I, отразява, пречупва в плака и отчасти от една чиния - лъч 2 ". Лъчът 3 от точка O Тя отива в огледалото II, Това се отразява обратно към плака, която е частично отразено - лъч 3 ". The греди 2 'и 3' въвеждане на очите на наблюдателя, последователна, тяхната намеса може да бъде регистриран.

Обикновено, огледало I и II е поставен така, че гредите 2 и 3 преди срещата на дивергенция пътеки са с еднаква дължина. И до оптичната дължина от начините да направят същото, в хода на лъча 3 се определят по прозрачен плоча, Подобно, за компенсиране на две пътеки, изминато от гредата 2 чрез А. плоча В този случай, има максимален намеса.

Ако едно от огледалата се движат на разстояние от λ / 4, разликата между гредите ще се λ / 2, което съответства на минимално, ще има изместване на схемата смущения на 0.5 групата.

Ако огледалото се премества от първоначалното си положение, за да разстояние

λ / 2, оптичен път разлика между интерфериращи греди е променен на ламбда, че съответства на максималната, ще се измести схемата смущения в цялата лента. Такава връзка между движението на огледалото и промяната на модела на намеса може да се измерва при дължина на вълната огледало движение и обратно, движението на дължината на вълната.

Интерферометъра на Майкелсон се използва за измерване на индекса на пречупване. На пътя на лъчите 2 3 и съща клетка определя К (показан с пунктир на фигура 1.), един от които е изпълнен с вещество с индекс на пречупване N1 и от друга - с N2.

рефрактометър намесата (Интерферометър е адаптиран за измерване на индекса на пречупване) е в състояние да улови промени в индекса на пречупване в шестия десетичен знак.

рефрактометър за намеса се използва, по-специално, на санитарните и хигиенни цели, за да се определи съдържанието на вредни газове.

С помощта на Майкелсън интерферометър се оказа независимостта на скоростта на светлината от движението на Земята, който е един от най-опитните факти, които са допринесли за създаването на специалната теория на относителността.

Комбинацията на интерферометър с две греди и микроскоп, наречен намеса микроскоп се използва в биологията за измерване на коефициента на пречупване, концентрацията твърди частици и дебелината на прозрачни микро-обекти (Фигура 2).

Фиг. 2

Лъч светлина, като в интерферометъра в точка А разделя един лъч преминава през прозрачен микро-обект M, а другият - това е. В точка D греди са свързани и пречат на резултата от намесата да бъде оценено на измерваната величина.

Light явление дифракция нарича светлина отклонение от праволинейното разпространение в среда с остри нередности. Възможност за спазване дифракция зависи по-специално, съотношението на обмен и нехомогенности дължина на вълната. Има известна степен на условност дифракция на сферични вълни (Френел дифракция) и дифракция на плоски вълни (Fraunhofer дифракция). Описание на дифракционен модел е възможно, като се вземе предвид влиянието на вторичните вълни.

Обяснение и приблизителното изчисление светлина дифракция може да се извърши с помощта на принципа на Хюйгенс-Френел.

Според Хюйгенс, всяка точка от повърхността на вълна, която се постига в момента на вълната, в центъра на елементарните вторични вълни, външната им обвивка е повърхността на вълната в последващото време (Фигура 3). S1 и S2 повърхности вълна съответно при Т1 мигове и Т 2.

Фигура 3

Френел добавен тази разпоредба Хюйгенс, въвеждане на понятието за съгласуваност на вторични вълни и тяхната намеса В тази обща форма, тези идеи стават известни като принципа на Хюйгенс-Френел.

Помислете за дифракция при разреза в паралелните лъчи (фиг. 4).

Фиг. 4

В дългосрочен тесен процеп, който се намира в жилищна непрозрачна преграда MN, обикновено инцидент самолет-паралелен сноп монохроматична светлина. И AB = - Най-ширина на пространството; L- събирателна леща, фокалната равнина на която е екран E за спазване на модела на дифракция.

Ако нямаше дифракция, светлинни лъчи, преминаващи през процепа ще бъдат съсредоточени в точка О, се намира на главния оптичната ос на лещата. Дифракцията на светлината върху разликата променя значително явление.

Ние предполагаме, че всички лъча на светлинните лъчи, идващи от далечна източник, и следователно последователна. AB и е част от повърхността на вълната, всяка точка на която е център на вторичните вълни, които се разпространяват над пропастта във всички възможни посоки. Покажи всички тези вторични вълни невъзможно, поради което на фиг. показва само вторични вълни разпространяващи се под ъгъл α спрямо посоката на падащата светлина и за нормална към решетката. Обективът събира на вълни в точка O 'на екрана, където те ще изпитат намеса. (Позицията на точка O 'се получава като на кръстовището с фокална равнина странични ос с "леща, държано в рамките на α ъгъл)

За да разберете резултат от намесата на вторичните вълни, се извършва следната строителството. Draw АД перпендикулярна на посоката на лъча на вторичните вълни. Оптичният път на вторичните вълни от н.е. до O ' ще бъде същото, защото обектива не въвежда допълнителна фазовата разлика между тях, така че разликата в пътя, който се образува в средните вълни, за да

АД, ще се поддържа в точка O '.

Ние разделяме BD в дължини, равни на ламбда / 2. В случая, показан на Фигура 4, ние получихме три такива дължина: | BB 2 | = | B 2 B 1 | = | B 1 D | = Λ / 2. След точките B 2 и B 1 прави линии, успоредни на AD, разделете AB еднакво Френел зона: | AA 1 | = | A 1 A 2 | = | A 2 |. Всеки вторичен вълна, пътуващ от всяка една точка на зоните Френеловите може да се намери в съседните области, съответстващи вторична вълна, така че разликата в пътя между тях ще бъде ламбда / 2. Например, вторичната вълна пътуване от точка А 2 в избрана посока преминава към точка D "далеч по λ / 2-голяма от вълна, пътуващ от точка A1, и други подобни. г. Ето защо, на вторичните вълни, идващи от два съседни Френеловите зони неутрализират взаимно, защото те се различават по фаза от π.

Броят на зоните, които се вписват в разликата зависи от ДълЖината на вълната и ъгъл α. Ако процепа AB конструкцията може да бъде разделена на нечетен брой Френеловите зони като BD - Нечетен брой сегменти равна на ламбда / 2, О точка "наблюдава максимален интензитет светлина:

BD = грях α = ± (2k + 1) (λ / 2); к = 1,2, .... (7)

Посоката съответстваща на ъгъла а = 0 съответства на максималната и всички вторични вълни идват в G в същата фаза.

Ако процепа AB могат да бъдат разделени в четен брой Fresnel зони, има минимален интензитет светлина:

грях на а = ± 2K (λ / 2) = ± к λ; к = 1, 2, .... (8)

По този начин, на екрана Е превърне светлинна система (максимум) и тъмно (поне) ленти, центровете на които да отговарят на условията (7) и (8), разположени симетрично вляво и вдясно от центъра (α = 0), най-умните, бандата. Интензитетът I почивка пикове бързо намалява с увеличаване на разстоянието от централната максимум (фиг. 5).

Фигура 5

Ако разликата се покрива с бяла светлина, екран E цветни система образ ленти, само на централния връх ще запазят цвета на падащата светлина, тъй като α = 0 увеличава светлината на всички дължини на вълните.

Дифракция на светлината като намеса, свързана с преразпределение на енергията на електромагнитните вълни в пространството. В този смисъл, разликата в непрозрачен екран не е проста система, ограничаване на потока на светлинния поток, но това редистрибутора поток в пространството.

дифракционна решетка - Оптична устройство, което е колекция от голям брой паралелно, обикновено еднакво раздалечени слотове. решетката на дифракция може да бъде получена чрез прилагане на непрозрачни драскотини (инсулти) върху стъклена пластина. Neprotsarapannye място - празнина - ще предава светлина; инсулти, съответстващ на интервала между процепите, разпръсна светлината, и не пропускайте. Общата ширина на пространството и пролука б между прорезите се нарича константа или периода на решетката на дифракция:

С = А + В (9)

Ако решетките попада лъч на последователни вълни, вторични вълни, ще във всички възможни посоки, ще се намесва, за да формират модел дифракция.

Нека на стартовата решетка обикновено инцидент самолет-паралелен лъч на кохерентни вълни (фиг. 6). Нека да изберем посока на вторичните вълни под ъгъл α спрямо нормалното към мрежата. Лъчите, идващи от екстремните точки на две съседни слотове, имат разлика път δ = A 'B'. същия път разликата ще бъде за вторичните вълни, идващи от съответните двойки на обекти, разположени в непосредствена близост слотове. Ако този път разлика е цяло число, кратно на дължината на вълната, след това всички основни пикове в стандарта, за които състояние A'B '= ± К λ, или

в грях α = ± к λ (10)

където к = 0,1,2, ... - Заповедта на главния максимуми. Те са разположени симетрично спрямо централната (К = 0, α = 0). Уравнение (10) е основна формула на решетката на дифракция.

Фигура 6

2. холография - метод за запис и изображение реконструкция на базата на интерференция и дифракция.

При заснемане на филм, определена интензивност на светлинните вълни, отразени от обекта. Изображението в този случай е комбинация от тъмни и светли пиксела. Фазите на разпръснатите вълните не са регистрирани и по този начин са загубили голяма част от информацията за предмета.

Холография позволява да запишете и да се възпроизвеждат по-пълна информация за обекта въз основа на амплитудите и фазите на вълните, разпръснати от обекта. Фаза Регистрацията е възможно в резултат на намеса вълна. За тази цел, svetofiksiruyuschuyu повърхностния изпрати две последователни вълни: опора, удължаване директно от източника на светлина или огледало, което се използва като спомагателните устройства, и сигналът, който се появява в разсейване (отражението) на подкрепата и вълна на обект съдържа съответната информация за него.

Моделът на намеса се образува чрез добавяне g.gnalnoy и модели вълни и фиксиран към светлочувствителен плоча, наречена холограма. За възстановяване на холограмата на изображението осветяване на същия референтен вълна.

Фиг. 7 показва плоска вълна холограма. В този случай, холограмата е фиксиран плосък сигнал вълна I, попада в обхвата на а1 на ъгъл F на фотографска плака.

Фигура 7

Референтният вълна II попада нормално, така че, докато си фаза е същото във всички точки на фотографска плака. Фаза сигнал вълна поради своята наклонена честота са различни в различните части на фоточувствителен слой. От това следва, че разликата между фазите на вълните модели и сигнални греди зависи от мястото на провеждане на тези греди на фотографска плака и, в съответствие с условията на смущения максимуми и минимуми, в резултат на холограмата ще се състои от тъмни и светли ивици.

Когато възстановяването на изображението може да се промени на референтната дължина на вълната. Например, холограмата образува невидими електромагнитни вълни (ултравиолетови, инфрачервени и рентгенови), видима светлина може да бъде възстановена. Тъй като условията за отражението и усвояването на електромагнитни вълни органи зависи по-специално от дължината на вълната, тази функция позволява използването на холографията, като метод на вътрешната си визия, или изображения (визуално наблюдение на обекти и събития в процеса на оптически непрозрачни органи, и среда, както и в условия на лоша видимост).

Особено интересни и важни перспективи се откриват във връзка с ултразвуков холография. Получаване на ултразвукови холограмни механични вълни, може да се възстанови нейната видима светлина. Ултразвукова холография потенциално може да се използва в медицината за изследване на вътрешните органи за диагностични цели. Предвид високата информационна стойност на метода и значително по-малко увреждане ултразвук в сравнение с рентгенови лъчи, може да се очаква, че в бъдеще ултразвукова холографски introscopy замени традиционния радиационна диагностика.

Друг биомедицински приложение поради холографски микроскоп холография. Един от първите начини за изграждане на холографски микроскоп се основава на факта, че предмет на изображението се увеличава, ако холограмата се записва с позоваване вълна самолет, за да подчертае различията в сферична вълна.

Развитието на холографията е допринесла за съветския физик Н. Denisyuk, който разработил метод на цветова холография.

Трудно е да се прецени всички възможности за използване на холографията: филми, телевизия, устройства за съхранение и т.н. Няма съмнение, но че холография е един от най-великите изобретения на XX век ...