Podstawy optyki
Prowadzący: dr Maciej Sypek
Semestr: 7 - 3 godziny laboratorium tygodniowo
Przedmioty poprzedzające: wykład Podstawy optyki
Forma zaliczenia: średnia ważona z ocen ze sprawozdań i sprawdzianów
Program:
Zestaw 12 ćwiczeń po 3 godz. poświęconych podstawom optyki falowej. Ćwiczenie 1.
Formowanie elementarnych frontów falowych. Zapoznanie się z podstawowymi elementami optycznymi i źródłami światła, które będą wykorzystywane podczas zajęć laboratoryjnych.
Formowanie fali płaskiej przy użyciu pinholi i soczewki sferycznej. Zapoznanie się z różnymi typami źródeł promieniowania, które pracują w świetle widzialnym i podczerwieni.
Ćwiczenie 2.
Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układu soczewek
Działanie obrazujące soczewek lub układu soczewek wygodnie jest opisywać przy pomocy optyki geometrycznej, gdzie front falowy jest przedstawiony w postaci zbioru promieni prostopadłych do powierzchni stałej fazy. W ramach ćwiczenia wyznaczane są płaszczyzny główne soczewek i obiektywów. Ćwiczenie 3.
Wykonanie dokumentacji fotograficznej.
Celem ćwiczenia jest zaznajomienie studentów z techniką wykonywania dokumentacji fotograficznej w układach optycznych. Umiejętność ta jest niezbędna w pracy doświadczalnej w laboratorium optycznym i będzie konieczna przy realizacji dalszych ćwiczeń do wykładu Optyka falowa. Ćwiczenie 4.
Dowiadczenie interferencyjne Younga.
Dowiadczenie Younga - obserwacja i pomiary prążków w układzie oświetlonym różnorodnymi źródłami światla (światło białe, lampa sodowa, wiązka laserowa, nieruchoma matówka oświetlona wiązką laserową, ruchoma matówka oświetlona wiązką laserową).
Ćwiczenie 5.
Strefy Fresnela.
Celem ćwiczenie jest zbadanie pola dyfrakcyjnego w strefie Fresnala za otworem kołowym oświetlonym monochromatyczną falą płaską.
Ćwiczenie 6.
Zjawiska interferencyjne w świetle spójnym i niespójnym przestrzennie oraz ich zastosowania do prostych celów metrologicznych.
Obserwując kształt prążków interferencyjnych możemy okrślić jakość interferujących frontów falowych, na przykład opisać z jaką dokładnocią są one płaskie, sferyczne itd. Jeżeli powyższe fronty są sformowane przez elementy optyczne, wówczas ich charakter wiąże się z jakością tych elementów. W ten sposób można badać układy soczewek (obiektywy), wyznaczać płaskość powierzchni szklanych, zwierciadeł.
Ćwiczenie 7.
Pomiar drogi spójności źródeł laserowych.
Nawet najdoskonalsze lasery emitują promieniowanie w pewnym zakresie spektralnym, który nie odpowiada jednej długości fali a przedziałowi (l1,l2) wokół średniej wartości l. Charakterystyczna długość s pojedynczego ciągu falowego nazywa się drogą spójnoci lasera. W ramach ćwiczenia dokonuje się pomiarów drogi spójności różnych typów laserów.
Ćwiczenie 8.
Zapis sinusoidalnej siatki dyfrakcyjnej i pomiar jej okresu przestrzennego.
Celem ćwiczenia jest ustawienie interferometru Michelsona, a następnie zapis na kliszy fotograficznej sinusoidalnej siatki dyfrakcyjnej.
Ćwiczenie 9.
Samoobrazowanie obiektów periodycznych.
Okazuje się że istnieją pewne obiekty, których pole dyfrakcyjne w odpowiedniej odległości za płaszczyzną transparentu jest wiernym obrazem obiektu. Obraz ten otrzymujemy bez udziału żadnych obrazujących elementów optycznych, jak np. soczewek czy zwierciadeł sferycznych. Z tego względu zjawisko to nazywa się zjawiskiem samoobrazowania, a pole dyfrakcyjne odtwarzające transparent nazywamy samoobrazami.
Ćwiczenie 10.
Wykorzystanie optycznej transformaty Fouriera do pomiaru małych obiektów dwuwymiarowych.
Realizacja widma Fouriera przy pomocy soczewki. Obserwacja widm wybranych obiektów - pomiar apertury kolowej i kwadratowej oraz stałej siatki dyfrakcyjnej. Widmo obiektu periodycznego i próbkowanego.
Ćwiczenie 11.
Hologram Fresnela.
Holografia umożliwia zapis pełnej informacji o obiekcie optycznym, zarówno amplitudowej jak i fazowej. Dzięki temu można m.in. odtwarzać trójwymiarowe obiekty w ich naturalnym, przestrzennym kształcie. Technika holograficzna polega na rejestracji natężeniowego pola świetlnego, powstającego w wyniku interferencji wzajemnie spójnych fal: przedmiotowej pochodzącej od obiektu i fali odniesienia. W ramach ćwiczenie rejestruje się hologram obiektu dwuwymiarowego.
Ćwiczenie 12.
Holografia syntetyczna - płytki strefowe.
W klasycznej holografii optycznej, gdzie hologram powstaje w wyniku rejestracji pola interferencyjnego, rekonstruuje się jedynie takie fronty falowe, które potrafimy sformować w układzie optycznym. Poza odtworzeniem realnie istniejących obiektów możliwości klasycznej holografii optycznej ograniczają się do generacji najprostszych pól, jak fale sferyczne, cylindryczne i.t.p. Dużo większe możliwości oferuje w tym zakresie holografia syntetyczna. W tym przypadku hologram zostaje wytworzony przy pomocy urządzenia formującego żądany układ prążków struktury dyfrakcyjnej, który zastępuje prążki interferencyjne klasycznego hologramu. Wymienionym urządzeniem może być w najprostszym przypadku plotter, drukarka laserowa, a w bardziej zaawansowanych aranżacjach naświetlarka laserowa czy też działo elektronowe. Hologram syntetyczny jest tworzony z reguły przy pomocy komputera, który steruje procesem formowania elementu dyfrakcyjnego, a w bardziej złożonych przypadkach służy również do obliczania jego transmitancji. Z tego powodu nazwa holografia syntetyczna jest stosowana wymiennie z terminem holografia komputerowa.
|
