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