Tvorba fázového spektra: Principy a aplikace
Úvod do fázového spektra
Tento článek se zabývá principy tvorby fázového spektra a s tím souvisejícími optickými jevy. Prozkoumáme, jak se fázové spektrum vytváří, jaké komponenty se k tomu používají, a jaké jsou jeho aplikace v různých oblastech, včetně spektrální analýzy a polarizace světla.
Spektrální analýza a elektromagnetické záření
Spektrální analýza je obor fyziky, který se zaměřuje na zjišťování vlnových délek záření, které vysílají různé zdroje. Základním nástrojem pro spektrální analýzu je spektroskop.
Složení spektroskopu
Spektroskop se skládá z několika klíčových komponent:
Kolimátor: Slouží k usměrnění světla do rovnoběžného svazku.
Disperzní prvek: Nejčastěji se používá lámavý hranol, který rozkládá světlo na jeho jednotlivé vlnové délky.
Čtěte také: Návody na podzimní aktivity s dětmi
Dalekohled: Slouží k pozorování a analýze rozloženého světla.
Typy spekter a jejich zdroje
Spektra lze rozdělit do několika typů podle zdroje záření:
- Čárové spektrum: Skládá se z několika barevných čar. Zdrojem jsou obvykle plyny a jednotlivé prvky. Vysvětlení tohoto typu spektra poskytuje kvantová fyzika.
- Spojité spektrum: Tvoří souvislý barevný pás, ve kterém jedna barva plynule přechází v jinou. Zdrojem může být například Slunce nebo vlákno žárovky.
- Pásové spektrum: Skládá se z velkého počtu čar, které jsou velmi blízko sebe. Zdrojem jsou zářící molekuly látek.
Spektra mohou vznikat dvěma způsoby:
- Emisní spektra: Vznikají vyzařováním zahřátých látek.
- Absorpční spektra: Vznikají průchodem světla prostředím, kde se jeho část pohltí.
Vlnové destičky a polarizace světla
Vlnové destičky, někdy také nazývané fázové destičky, jsou optická zařízení, která mění stav polarizace světla, které jimi prochází. Jsou vyráběny z anizotropních krystalů, jako je křemen, křemičité sklo nebo slída. Tyto krystaly vykazují dvojlom, což znamená, že mají různý index lomu světla v různých směrech.
Princip činnosti vlnových destiček
Princip činnosti vlnových destiček je založen na posunu fáze mezi dvěma navzájem kolmými polarizovanými vlnami, které procházejí destičkou. Typická vlnová destička je dvojlomný krystal s pečlivě zvolenou orientací a tloušťkou. Z krystalu je vyříznuta destička tak, aby optická osa krystalu byla rovnoběžná s povrchem destičky.
Čtěte také: Tvoření vánočních zvonečků
Dopadající světelná vlna se v destičce rozdělí na dvě části, které se šíří různou rychlostí v závislosti na indexu lomu v daném směru. Pokud je index lomu pro mimořádný paprsek menší než pro řádný paprsek, mimořádná osa se nazývá rychlá osa a řádná osa se nazývá pomalá osa.
Relativní fáze a vliv tloušťky krystalu
V závislosti na tloušťce krystalu se následně změní stav polarizace obou světelných vln šířících se podél obou os. Důležitým parametrem je relativní fáze, která představuje vzájemný posun jedné části vlny vůči druhé. Tato relativní fáze nezávisí na fázovém posunu původní světelné vlny ani na fázovém posunu jednotlivých částí vůči původní vlně. Stejně tak nezávisí na znaménku rozdílu indexů lomu.
Vliv disperze a omezený rozsah vlnových délek
Ačkoliv může být rozdíl indexů lomu mírně ovlivněn disperzí, tento vliv je zanedbatelný ve srovnání se změnou indexů lomu danou anizotropií materiálu destičky. Vlnové destičky jsou tedy vyráběny pouze pro konkrétní omezený rozsah vlnových délek procházejícího světla.
Minimalizace kolísání fáze
Kolísání fáze lze minimalizovat umístěním dvou vlnových destiček za sebou, přičemž se tyto destičky budou mírně lišit svojí tloušťkou a budou mít vůči sobě vyměněné pomalé osy a rychlé osy. Výsledný fázový rozdíl obou vln ovlivňuje i úhel, pod kterým vstupuje světlo do destičky. Tento úhel způsobí relativní změnu indexu lomu.
Aplikace fázových destiček
Fázové destičky jsou součástí například i polaroidů vytvářejících kruhově polarizované světlo.
Čtěte také: Nápady pro vánoční tvoření
Typy vlnových destiček a jejich použití
Čtvrtvlnná destička
Čtvrtvlnná destička mění lineárně polarizované světlo na kruhově polarizované světlo (resp. na elipticky polarizované světlo) a naopak. Po průchodu čtvrtvlnnou destičkou je fázový rozdíl mezi oběma vlnami právě π/2. S využitím čtvrtvlnné destičky lze lineárně polarizované světlo změnit na kruhově polarizované světlo.
Půlvlnná destička
Půlvlnná destička mění vzájemný fázový posun vln o π. Po průchodu destičkou je fázový rozdíl mezi oběma vlnami právě π. S využitím půlvlnné destičky lze lineárně polarizované světlo s jedním typem polarizace změnit na lineárně polarizované světlo s polarizací oproti původní otočenou o devadesát stupňů.
tags: #tvoření #fázového #spektra #principy