Az optikai sugárzás
• Fogalom meghatározások – Optikai sugárzás: Az elektromágneses színkép 100 nm
– 1 mm közötti tartománya– Látható sugárzás: Az optikai sugárzás (kb.) 380 nm –
780 nm közötti tartománya, ilyen sugárzás az átlagos emberi észlelőből fény-érzetet vált ki.
– Fény (fiziológiai értelemben): A látható sugárzás, mint inger, által kiváltott érzet illetve észlelet.
Elektromágneses színkép
Összehasonlító ábra: hullámhossz-frekvencia, méretek
Elektromágneses színkép
7,8
10-14
3,8
-810
-710x
Gam-
ma
Koz-
mikus
Rönt-
genUV
Lát-
ható
hullámhossz, m-710x
10-5
106
Mikro-
hullámIR
FM
TV
&
Elektr.
háló-
zat
AM
rádió
smc /103 8
Az optikai sugárzás színképtartományai
rancs
630hullámhossz, nm
kékUV
180100 380
vák.UV
560490 590
sárgazöldna-
rös
780
IRvö-
Az ultraibolya és infravörös színképtartomány
• UV-A: 315 nm – 400 nm közötti tartomány • UV-B: 280 nm – 315 nm közötti tartomány• UV-C: 100 nm – 280 nm közötti tartomány
• IR-A: 780 nm – 1400 nm közötti tartomány • IR-B: 1,4 m – 3 m közötti tartomány • IR-C: 3 m – 1 mm közötti tartomány
Az elektromágneses sugárzás keletkezése, elnyelése
• Elektron gerjesztett állapotból alacsonyabb energiaállapotba megy át: fotont emittál:
• E = h, • h = 6,6310-34 J·s (joulesec)• E (eV) = 1,234 / (m) • Foton abszorpcióval elektron alacsonyabb
energiaállapotból magasabba megy át
Abszorpció és emisszió
Az elektromágneses sugárzás terjedése
Antenna
E
C)
E
A) H
E
sinE
cos
Opt. hullám E cos
B)
Polarizáció, keresztezett polarizátorok
Síkhullám interferenciája két nyíláson
Huygens elv: hullámmozgás elemi hullámokból tevődik össze, amelyek új hullámmozgás kiindulópontjai
Interferencia
Fényelhajlás rekeszen
• A fényrekeszek éle a vörös (nagyobb hullámhosszúságú) fényt jobban elhajlítja, mint az ibolyát (kisebb hullámhosszúságú)
• Fehér fény esetén színes sávok a világos-sötét határvonalon
• Nyílás képe: fényelhajlás – Képpont, elhajlási kép:
dk sin
Fényelhajlás kör alakú nyíláson
• Sugárzáseloszlás: elsőfajú Bessel függvény• Airy gyűrű, az első sötét gyűrű helye:
r
2
22,1
ahol r a nyílás (apertúra) sugara, az első sötét gyűrű helye: x = 1,22 .pHa 2 szomszédos középpont közelebb van egymáshoz, mint az Airy gyűrűk távolsága, az elhajlási képek átfedik egymást. Felbontás határ.
Kerek apertúra diffrakciós képey
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 2 4 6 8 10 12
A sugárzás és anyag kölcsönhatásai
• Törés: törésmutató, totálreflexió• Visszaverés: számottevő energiaveszteség nélkül,
tükrös és diffúz határesetek. • Elnyelés: kölcsönhatás során változik az anyag
állapota– Hőmérséklet emelkedés– Fizikai változás (pl. elektromos vezetőképesség)– Szekunder sugárzás (pl. fluoreszcencia)– Kémiai változás– Biológiai változás
Törés, teljes visszaverődés (totálreflexió)
sin /a sin =b
=n1/n2
Tükrös és diffúz visszaverés
Tükrös, diffúz és kevert visszaverés (reflexió)
Optikai szűrő: közepes hullámhossz tartományban elnyel, magenta
színészlelet keletkezik
0
20
40
60
80
100
400 500 600 700 800
hullámhossz, nm
sp
ek
tr. á
tere
szt
és
Sugárzás hatásának értékelése
• Az anyag a különböző energiájú (hullámhosszúságú) sugárzást különböző mértékben hasznosítja
• B() „hatásfüggvény” : a különböző hullámhosszúságú sugárzás relatív hatékonyságát adja meg
dBB )(XBKX
• X() a Watt-ban mért sugárzáseloszlás
• KB arányossági tényező
Fotobiológiai hatások
• „kék-fény” hatás: foton-energia roncsolja a sejtet
• Termikus hatások: hő-hatás roncsolja a sejtet
• Hasznos hatások, pl. D vitamin previtamin szintézis
• Cirkádián hatások