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
Az optikai sugárzás színképtartományai
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
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:
Fényelhajlás kör alakú nyíláson Sugárzáseloszlás: elsőfajú Bessel függvény Airy gyűrű, az első sötét gyűrű helye: ahol r a nyílás (apertúra) sugara, az első sötét gyűrű helye: x = 1,22 p. Ha 2 szomszédos középpont közelebb van egymáshoz, mint az Airy gyűrűk távolsága, az elhajlási képek átfedik egymást. Felbontás határ.
Kerek apertúra diffrakciós képe
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) sina/sinb = =n1/n2
Tükrös és diffúz visszaverés
Tükrös, diffúz és kevert visszaverés (reflexió)
Optikai szűrő: közepes hullámhossz tartományban elnyel, magenta színészlelet keletkezik
Sugárzás hatásának értékelése Az anyag a különböző energiájú (hullámhosszúságú) sugárzást különböző mértékben hasznosítja B() „hatásfüggvény” : a különböző hullámhosszúságú sugárzás relatív hatékonyságát adja meg 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