Mirajul

Miraj este un cuvânt de origine franceză înseamnând reflexie. Reflexia totală a luminii în timpul mirajului are loc din cauza neuniformităţii atmosferei, neuniformitate cauzată de încălzirea neregulată a straturilor de aer. Cu cât mai rapid se schimbă temperatura în raport cu înălţimea, adică cu cât este mai mare gradientul de temperatură, cu atât mai puternic se schimbă cu înăţimea şi indicele de refracţie, lucru care duce la o înclinare tot mai mare a razelor de lumină ce se propagă prin straturile concentrice ale atmosferei. Razele de lumină înclină în direcţia aerului mai dens (mai rece) ceea ce înseamnă că imaginea este deplasată în direcţia aerului mai puţin dens ( mai cald). S-a vorbit adesea despre misterioasele apariţii în mijlocul deşertului a unor oaze, cetăţi sau locuri, în faţă obositelor caravane care se grăbesc să ajungă la ele, dar cât de repede s-au deplasat acestea s-au depărtat şi nu le pot ajunge nici odată deoarece ele nu există. De asemenea printre marinari circula legenda „corăbiei fantomă”, sau a „olandezului zburător”.
Aceste „minuni” se numesc miraje sau „Fata morgana” şi se datorează fenomenului de reflexie şi refracţie a luminii la trecere prin atmosferă.

Holografia

Interferenţa este o proprietate foarte importantă a luminii care stă la baza holografiei. În holografie, se înregistează o imagine de interferenţă rezultată din suprapunerea a două fascicole laser: unul care luminează obiectul şi celălalt de referinţă. Cele două fascicole se suprapun pe placă
şi dau interferenţă care conţine „informaţie” de la obiect.

Holografia este o metodă de înregistrare a unei imagini tridimensionale pe un suport în general bidimensional. Astfel, holografia este o formă avansată a tehnicii fotografice; înregistrările obţinute se numesc holograme. Aceeaşi metodă se poate aplica şi la înregistrarea, redarea şi prelucrarea datelor de altă natură decît cele vizuale.

Istoric

Ideea holografiei îi aparţine fizicianului maghiar Dennis Gabor, care în acea perioadă (1947) lucra în Marea Britanie în domeniul microscopiei electronice. Pentru această realizare Gabor a primit în 1971 Premiul Nobel pentru Fizică. Invenţia sa nu a putut însă fi aplicată pe scară largă decît după 1960, o dată cu inventarea laserului.
Prima hologramă a unor obiecte tridimensionale a fost înregistrată în 1963 de fizicienii Emmett Leith şi Juris Upatnieks în Statele Unite ale Americii şi Yuri Denisyuk în Uniunea Sovietică.

Principiu

Diferenţa de principiu între o fotografie obişnuită şi o hologramă constă în faptul că fiecare punct al unei fotografii poartă informaţie despre intensitatea (eventual şi culoarea) unui punct sau a unei mici zone din obiectul fotografiat, în timp ce în holografie informaţia despre fiecare punct din obiect este distribuită pe întreaga suprafaţă a hologramei. Undele electromagnetice reflectate de scena holografiată sînt înregistrate cu fidelitate de suportul holografic şi reconstruite apoi la redarea hologramei. Astfel, holograma devine un fel de fereastră prin care ochiul percepe acelaşi cîmp luminos pe care l-a produs anterior scena înregistrată. O analogie mai plastica ar fi comparatia cu o cutie care se umple cu lumina, reproducand obiecte.
Există mai multe tipuri de holografie. O hologramă simplă se obţine prin înregistrarea interferenţei dintre lumina venită de la obiect cu lumina unei unde de referinţă. Franjele de interferenţă produse astfel se înregistrează pe o placă fotografică de înaltă rezoluţie. După developarea plăcii, se trimite spre ea un fascicul de lumină care are aceeaşi poziţie şi distribuţie ca şi unda de referinţă folosită la înregistrare. Franjele de interferenţă înregistrate pe placa fotografică acţionează asupra acestui fascicul ca o reţea de difracţie şi generează o undă difractată, undă care are aceeaşi formă ca şi cea venită de la obiectul holografiat şi produce pe retina ochiului aceeaşi imagine ca şi obiectul real.
Holografia se deosebeşte de fotografia stereoscopică prin aceea că aceasta din urmă înregistrează informaţia sosită la două puncte din spaţiu, deci nu permite modificarea perspectivei. În schimb, holograma permite observarea obiectului de la diferite distanţe şi din toate direcţiile aflate în interiorul unui anumit unghi solid impus de poziţia relativă a obiectului şi a hologramei.

Polarizarea

Polarizarea se refera la campului magnetic intr-o unda electromagnetica. O unda al carei camp electric oscileaza vertical sa spune ca avem o poarizare verticala.
(idem pt orizontal). Campul electric din undele luminoase ale soarelui vibreaza in toate deci direct lumina soarelui poate fi numita nepolarizata.
Ochelarii Polaroid blocheaza lumina polarizata orizontal si reduc luminozitatea luminii solare ce nu se mai reflecta pe suprafete orizontale

Se numeşte plan de polarizare planul, în care oscilează vectorul .Dispozitivul, cu ajutorul căruia poate fi obţinută lumină plan polarizată, este numit polarizator. Proprietatea principală a polarizatorului constă în aceea,că el lasă să treacă liber unda electromagnetică, al cărui plan de polarizare este paralel cu planul polarizatorului, însă reţine complet oscilaţiile perpendiculare pe acest plan.

Intensitatea luminii polarizate, trecute prin polarizator, variază în funcţie de unghiul  dintre planul de polarizare a luminii şi planul polarizatorului.

Interferenta Luminii

Interferenţa şi difracţia luminii reprezintă fenomene în care intervine interacţiunea undă-undă prin suprapunerea în acelaşi punct din spaţiu a două sau mai multe unde luminoase. Studiul acestor fenomene se face în ipoteza în care intensitatea câmpului electric verifică ecuaţia de propagare a undelor

Obţinerea fenomenului de interferenţă este condiţionat de coerenţa surselor discrete care emit undele acre se suprapun în regiunea de interferenţă,
egalitatea frecvenţelor undelor care se suprapun şi provenienţa undelor de la o aceeaşi sursă coerentă.
Regiunea din spatiu in care are loc fenomenul de interferenta se numeste camp de interferenta.
Orice camp de interferenta este caracterizat prin existenta unor puncte care oscileaza cu amplitudini diferite.
Undele produse pe suprafata unui lichid aflat in reapus doua corpuri care ating periodic acea suprafata interfereaza constructive in puctele de amplitudine maxima
si interfereaza distructiv in punctele de amplitudine minima.

Prin suprapunerea unui număr mai mare (dar finit) de unde electromagnetice provenind de la o sursă coerentă se obţine un fenomen de interferenţă multiplă
caracterizat de un tablou de franje mai fine, mai înguste şi cu intervale întunecoase mai mari între ele decât în cazul interferenţei a două fascicule.
Obţinerea fasciculelor optice multiple înseamnă, din punct de vedere experimental divizarea unui fascicul într-un număr mare de fascicule care să îndeplinească
conditiile de coerenţă.
Un astfel de dispozitiv experimental este lama cu feţe plan-paralele cu care se obţin fenomene de interferenţă cu fascicule reflectate sau transmisie

Dispozitive interferenţiale

Obţinerea fenomenului de interferenţă prin suprapunerea a două sau mai multe (dar finite) unde electromagnetice într-o regiune din spaţiu cere îndeplinirea simultană a mai multor condiţii. Astfel, undele trebuie să aibă aceeaşi frecvenţă, să provină de la aceeaşi sursă (pentru a exista coerenţă) şi să aibă elongaţiile paralele.

a) Dispozitive interferenţiale prin divizarea frontului de undă.

• Oglinzile lui Fresnel
• Biprisma Fresnel
• Oglinda lui Lloyd
• Bilentilele Billet
• Dispozitivul lui Linnik
• Dispozitivul lui Young

b) Dispozitivele interferenţiale prin divizarea amplitudinii fasciculului incident
În acest caz, fasciculul este incident pe o lamă semitransparentă care divide fasciculul (prin reflexia şi refracţie) în două fascicule a căror suprapunere ulterioară generează regiunea de interferenţă.
Practic, sunt utilizate două tipuri de lame semitransparente:
lama plan-paralela şi pana optică.
Lama plan-paralelă este un paralelipiped semitransparent cu feţele opuse perfect paralele cu ajutorul căruia se obţin franje de interferenţă, numite franje de egală înclinare, în reflexie sai în transmisie;
Pana optică reprezintă un mediu optic semitransparent cu feţe plane şi de grosime variabilă, cu ajutorul căruia se obţin franje de interferenţă în reflexie sau în transmisie.Pentru variaţii mici ale grosimii penei şi pentru incidenţe ale radiaţiei apropiate incidenţei normale, franjele sunt localizate pe faţa penei şi se numesc franje de egală grosime sau franjele lui Fizeau, Un dispozitiv experimental utilizat pentru obţinerea interferenţei în reflexie cu pene optice îl reprezintă dispozitivul numit “ inelele lui Newton ” în care pana optică o reprezintă regiunea de grosime variabilă a aerului cuprins între faţa unei lentile plan –convexe L şi o oglindă plană OG

Franjele care se obţin pe faţa convexă a lentilei sunt cercuri de egală grosime, alternativ luminoase şi întunecate cu centrul în punctul B, numite inelele lui Newton.

Oglinzile Lui Fresnel

Oglinzile lui Fresnel divizează frontul de undă primar provenind de la sursa S cu ajutorul a două oglinzi plane O1 şi O2 care fac un unghi α foarte mic între ele, α<1o.

Biprisma Fresnel

Biprisma Fresnel BPF este un dipozitiv interferential alcatuit din 2 prisme optice identice, cu unghiuri diedre mici, ce sunt lipsite la baza intre ele.
Cele 2 imagini virtuale ale sursei S, S1 SI S2 ce se obtin ca urmare a refractiei undelor emise de sursa S prin cele doua prisme reprezinta surse coerente.
Undele coerente provenite de la cele 2 surse virtuale S1, S2 produc fenomenul de interferenta, obtinandu-se un sistem de franje nelocalizate care sunt studiate
intr-un plan normal pe axa SO a sistemului optic.
Relatia dintre interfranja i (distanta dintre doua maxime sau minime consecutive) si lungimea de unda a radiatiei utilizate, se poate deduce intr-un mod analog celui din cazul
dispozitivului Young

Oglinda Lui Lloyd

Oglinda lui Lloyd utilizează o sursă primară S aşezată foarte apropiat de planul (sau prelungirea acestuia) oglinzii plane OG.

Sursa S1 este chiar sursa primară S, iar cea de a doua sursă secundară S2 este imaginea sursei primare în oglindă. Franja centrală se află în punctul O
(în afara regiunii de interferenţă) şi este întunecată, după se observă dacă se apropie ecranul E de marginea oglinzii; în punctul O’ undele sunt în opoziţie
de fază datorită defazajului de π radiani introdus de reflexia aer-sticlă pe oglindă (S1O’=S2O’).

Bilentilele Billet

Bilentilele Billet constau dintr-o lentilă convexă L tăiată diametral în două, jumătăţile fiind uşor distanţate una de alta.
Lumina emisă de sursa primară S formează după refracţia în cele două jumătăţi de lentilă, două imagini reale S1 şi S2 care sunt sursele secundare coerente ce generează regiunea de interferenţă.

Dispozitivul Lui Young

Dispozitivul lui Young este dispozitivul experimental tipic pentru divizarea frontului de undă şi constă dintr-un paravan plan opac P în care sunt prevăzute două aperturi (fante) aşezate simetric faţă de axul optic principal pe care se află sursa primară S, depinzând numai de lungimea de undă a radiaţiei incidente şi de parametrii geometrici (D,2a= l) ai dispozitivului, franjele fiind echidistante.

Cercetatorul Young a conceput in 1802 un model experimental care demonstra interferenta, utilizind o sursa punctuala de lumina So, ce trimitea radiatia luminoasa catre doua fante lungi, paralele si inguste (doua izvoare coerente de lumina), S1 si respectiv S2, iar rezultatul era observat pe un panou de proiectie, unde aparea sub forma unor benzi inguste luminoase alternind cu benzi intunecoase.

                           Prisma Optica

   In anii 1660, savantul englez Isaac Newton facea diferite experiente cu lumina .Folosind o prisma triunghiulara de sticla a descompus lumina intr-un spectru .A descoperit ca utilizand inca o prisma putea sa recombine razele colorate, obtinand lumina alba.Experimentul a adus dovada ca lumina alba e formata din radiatii colorate.

   O prisma optica este un mediu transparent marginit de doua fete plane . Muchia de intersectie ale celor doua fete ale prismei poarta numele de muchia prismei,

iar unghiul diedru dintre cele doua fete poarta numele de unghi al prismei sau unghi de refringenta, care se noteaza cu A.
Orice plan de sectiune perpendicular pe muchie poarta numele de plan principal.

   Elementele prismei optice

Sa consideram cazul in care o raza incidenta monocromatica, continuta in planul principal, care intra din aer sau vid (caracterizat de un indice de refractie n1), in masa prismei
(al carui indice de refractie n2 este intotdeauna mai mare ca n1), intr-un punct numit punct de incidenta, I, sub un unghi de incidenta i in raport cu normala.
In punctul I, raza de lumina va fi deviata, mai aproape de normala, conform legilor de refractie.

   Refractii prin prisma optica

La nivelul interfetei de emergenta E, dintre a doua fata si aer, datorita raportului dintre indicii de refractie, raza emergenta sufera o noua refractie, de aceasta data insa se va indeparta de normala, sub un unghi de emergenta i’, rezultind o raza emergenta deviata cu un unghi total theta.
Pana acum am analizat comportamentul unei raze monocromatice. Daca raza incidenta de lumina este lumina alba (de exemplu de la Soare sau de la un arc electric), la nivelul fetei de incidenta, refractia se va face, dupa cum am mentionat mai sus, in functie de indicele de refractie al mediului. De asemenea cunoastem ca indicele de refractie este dependent de lungimea de unda, adica mai mare pentru radiatia albastra si mai mic pentru radiatia rosie, pentru sticla obisnuita. Prin urmare, la aceasta interfata, lumina alba incidenta va fi descompusa in raze de lumina monocromatice, fenomen accentuat la traversarea fetei de emergenta.

   

 Descompunerea luminii albe solare prin prisme

Daca razele emergente vor fi captate pe un ecran alb, se vor observa pete colorate in culorile curcubeului iar trecerea de la o culoare la alta facindu-se in mod continuu
(spectru coontinuu).
Pe ecran spectrul va apare rosu in partea superioara si albastru in partea inferioara, adica radiatia rosie va fi cel mai putin deviata, iar cea albastra va fi cel mai mult deviata. Acest comportament apare la marea majoritate a mediilor refractive iar acest tip de dispersie poarta numele de dispersie normala.
Acest fenomen sta la baza aberatiei cromatice a lentilelor si obiectivelor. Atenuarea aberatiilor cromatice se realizeaza prin utilizarea unui tandem format din lentile convergente + divergente lipite, compuse din sticla crown si flint.

Reflexia totala in prisme

Avind in vedere ca raza emergenta iese dintr-un mediu optic mai dens intr-un mediu optic mai putin dens, exista posibilitatea aparitiei in planul de emergenta a reflexiei totale.
Sa luam urmatorul exemplu: o prisma din sticla (n ~ 1,5) cu sectiunea triunghi dreptunghic isoscel, asupra careia raza incidenta vine perpendicular pe una dintre catete