Presentationmaterials...
Transcript of Presentationmaterials...
-
Presentation materialsOptics, Light & Lasers
Chapter 2
Wave optics
Copyright:The graphical material of this document may be freelyused in presentations for instance in teaching atuniversities and elsewhere. Appropriate referencing isexpected. The material must not be used forcommercial purposes.
-
���������������������������������������������
�����
�����
�������������� �����������������
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:the speed of light is constant
— ————
299750
299775
299800
299825
299850
1900 1925 1950 1975 2000 2025
——
17. congress on measuresand weigths 1983
——
—
c (km/s)
c = 298.792.458 m/s
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:Rœmer’s measurement of the speed of light
Jupiter
Io
Earth
Sun
d1
d2
1 AU
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:field vectors of a linearly polarized electromagnetic wave
E
H k
electromagnetic wavesare transversal:in free space a tripodis formed by {E,H,k}
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:wave types
spherical wavescalar
plane wave
spherical wavedipole like dsitribution
spherical wavelarge separationfrom the source
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:field distribution of radiating dipoles
z
z
linear dipole circular dipole
-
�����
������������
��
��������
�������������
�
-
��������������������������������������������
b = 2z0
z
2w0Θdiv ��� ���������
� ��� �!�� ��!��
�� ���������!����
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:focusing a Gaussian beam
w03λfπw01
≈
2w01
RR ~ f
E1 E2 E3
2w03
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:Gaussian modes, TEMnm
(00) (10) (11)
(20) (21) (22)
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:Gaussian modes of a Ti-sapphire laser
TEM00 TEM01 TEM73 TEM48,0
Source: Diplomarbeit B. Ueberholz, Bonn 1996
-
���������������������������������
���������������������������������
�������������������������������������������������������������������������
����������
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:polarization of electromagnetic waves
x
y
z x
y
z
-
αx
y
elliptical polarization, linear components
������ ������
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:polarized light, Stokes parameters
1100
1-100
1
00
01
01
0Ex
Ey
Ex
Ey
Ex
Ey
Ex
Ey
linear (y) linear (x) unpolarized circular (+)
-
��������������������������������
�������������������
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:about Huygens’ principle
diffraction
diffraction
geometric beam
Portrait by C. Netscher, 1671;Haags Gemeentemuseum Collection, Den Haag
Christiaan Huygens1629-1695
-
���
�
�����������
SQ Pρ r
er eρes
cos(ρ,s) cos(r,s)
dS
ρ r
-
���������������������
-
��� �� � � ��
����
��
����
�����
�����������������
π��/λ�
�
�
-
�����������������������������������������������������������
��� �� � � ��
�
��������
����
�
����������������
π �/λ!
!
"#�
-
������
�����������������������
-
�������������������������
-
�����������������������
�������������������
��
���
��������������������������������������������
����������������������������������
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:Fresnel diffraction from a straight edge
1,00 I(u)/I0
u=024
-2
0,5
0,5 C(u)
S(u)
-0,5
u=0
The integral is evaluated by meansof the Fresnel integral:
The Cornu spirale displaysthe Fresnel integrals:
ξ u
z
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:Fresnel diffraction from a circular aperture
a
ka2z
ka2z 0,05
0,10
0,15
0,20
1,00
40
14
6,3
5,7
1,00
aperture
Fraunhofer limit
z-axis
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:Fresnel diffraction from a disc, Poisson’s spot
0,05
0,10
0,15
0,20
1,00
zka2
zka2
14
40
6,25
5,7
1,0
z axis
Fraunhofer limit
Poisson’s spot
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:Fresnel zones and zone plate
1 2 3
s
s+λ/
2
-
Source: Optics, Light & Lasers, D. Meschede, 2. ed., chap.2 2007 Wiley-VCH Velag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Wave Optics:Fresnel lens, concept and old boat lantern
Source: Wikipedia