ทัศนศาสตร์ประยุกต์ 1. บทนำ 2. แสงเชิงเรขาคณิต 3. โพลาไรเซชัน 1. บทนำ 2. แสงเชิงเรขาคณิต 3. โพลาไรเซชัน 4. การแทรกสอด 5. การเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์ 6. การเลี้ยวเบนแบบเฟรสเนล 7. เลเซอร์ 8. ทัศนศาสตร์ยุคใหม่

1. บทนำ

ธรรมชาติของแสง

ธรรมชาติของแสง  Electromagnetic wave f = 3.8 x1014- 7.7x1015 Hz l = 400 - 700 nm Co= 299,792.5 km/s ( Vacuum) Cx = Co / nx ( x medium ) where nx - the refractive index Photon energy = hf : h= 6.625x10-34 j.s momentum = h/ l

แก้วคราวน์ (โซดาไลม์) ดัชนีหักเหของแสง ตัวกลาง ดัชนีหักเหแสง สุญญากาศ 1.00000000 น้ำแข็ง 1.309 ไฮโดรเจน (ก๊าซ) 1.000140 เนย (40  oC ) 1.455 ฮีเลียม (ก๊าซ) 1.000036 เนย (60  oC ) 1.447 อากาศ (–15 oC) 1.00030942 กลีเซอรีน 1.473 อากาศ ( 0  oC ) 1.00029238 แก้วไพเรกซ์ 1.474 อากาศ (+15  oC ) 1.00027712 แคลไซต์ 1.486 อากาศ (+30  oC ) 1.00026337 แก้วคราวน์ (โซดาไลม์) 1.512 อากาศ (+60  oC ) 1.00023958 เกลือโซเดียมคลอไรด์ 1.516 ไฮโดรเจน (ของเหลว) 1.0974 ควอตซ์ 1.544 น้ำ (ไอ) 1.000261 ไพลิน 1.76 น้ำ (ของเหลว, 0 oC ) 1.33346 ทับทิม น้ำ (ของเหลว, 20 oC ) 1.33283 แก้วฟลินท์ (71% lead) 1.805 น้ำ (ของเหลว, 100 oC ) 1.31766 เพชร 2.418

n l (nm) 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Diamond SF10 (Dense flint) NaCl Bk7(Pyrex) Fused silica Water

หลักของฮอยเกนส์ ทุกจุดบนหน้าคลื่นปฐมภูมิเป็นแหล่งกำเนิดทุติยภูมิที่กำเนิดคลื่นทรงกลม มีความถี่,อัตราเร็วคลื่น เหมือนกับคลื่นปฐมภูมิ หน้าคลื่นสุทธิเป็นแนวการซ้อนกันของหน้าคลื่นทรงกลมเหล่านั้น

กฏการสะท้อน qi qr ni การสะท้อนเกิดในตัวกลางเดียวกัน .. AB CD ใช้เวลาเดินทางเท่ากัน nt

การสะท้อนบนผิวแบบต่างๆ Specular reflection Diffuse reflection Retro reflection

การสะท้อนภายในและการสะท้อนภายนอก <-- ตัวกลางต่อเนื่อง ไม่เกิดการสะท้อน การสะท้อนภายใน และ การสะท้อนภายนอกมีผลในการกลับเฟสซึ่งกันและกัน การสะท้อนภายใน การสะท้อนภายนอก

กฏการหักเห qi qt ni nt 12

ในมุมมองของ EMW qr qt qi y z x o Plane of incidence

ที่จุดตกกระทบบนรอยต่อ

หลักของเฟอร์มาต์ (Fermat’s principle) แสงเลือกเดินทางในเส้นทางที่ใช้เวลาสั้นที่สุด Principle of least time s p s' I II III s p II I III

ทางเดินแสง(optical path) d สุญญากาศ น้ำ n1 D สุญญากาศ D ==> ความยาวทางเดินแสง(optical path length)

ทางแสง(optical path) Stepped index graded index d1 d2 ds d3 d4

แสงเลือกเดินทางในทางแสงที่คงตัว เมื่อเทียบกับทางแสงข้างเคียง หลักของเฟอร์มาต์ D F1 F2 qi qr qi = qr qi = qr qi = qr แสงเลือกเดินทางในทางแสงที่คงตัว เมื่อเทียบกับทางแสงข้างเคียง

การสะท้อนกลับหมดกายใน

อากาศร้อน > qc ปรากฏการณ์มิราจบนพื้นถนนที่ระยะไกล ๆ ทำให้พื้นถนนแลดูเป็นมันเงาเห็นภาพสะท้อนของสิ่งต่างที่อยู่เหนือพื้นถนน การกระจายแสงสี และการเปล่งความแวววาวของเพชรที่เป็นผลจากการเจียรไนที่ถูกต้อง

Evanescent wave qi > qc

สำหรับ qi > qcritical

ปริซึมสะท้อน

เส้นใยนำแสง (Fiber optics) แกนกลาง ชั้นหุ้ม ก) qmax 90o-qC qc 3 2 1 ข) ncore ncladding no qmax

หลักแห่งการผันกลับได้ของแสง แสงเดินทางผ่านชุดตัวกลางๆหนึ่งด้วยทางแสงเดียวกัน ทั้งเส้นทางไปข้างหน้าและเส้นทางย้อนกลับ qi qr qt

ปริซึมหักเห b1 b2 b3 b4 a d n1 n2

ที่ d = dmin ==> b1 = b4 ==> b2 = b3

ประยุกต์ ==> สเปกโตรมิเตอร์ ปริซึมมุมยอด a =60o แก้ว crown ในอากาศ a nแดง =1.5205 dmin =38.97o nน้ำเงิน =1.5286 dmin =39.68o ประยุกต์ ==> สเปกโตรมิเตอร์