Taittuminen, diffraktio
Tomi
Aaltoliikkeen kulku
• Aalto kulkee homogeenisessä
väliaineessa suoraan
– (Homogeeninen: Kaikkialla samanlainen)
• Rajapinnoilla aalto voi heijastua ja/tai
taittua
– Usein valo sekä heijastuu että taittuu
Heijastuminen
• Tulokulma ja heijastuskulma ovat yhtä suuret!
• Normaali, tuleva aalto ja heijastunut aalto samassa
tasossa.
1  2
Taittuminen
• Aalto taittuu rajapinnalla jos aallonnopeus
on eri rajapinnan eri puolilla
• Taittumisessa aallon taajuus säilyy
– Nopeus ja aallonpituus muuttuvat
Taittuminen
• Taittumislaki:
Taitekertoimet,
huomaa järjestys
Sin1 v1 1 n2
 

 n12
Sin 2 v2 2 n1
1 1
2
Yhdensuuntaissiirtymä
• Kun valo tulee esim. lasiin se taittuu.
Toisaalta taas kun valo tulee pois samasta
lasista taittuu se taas
– Lopputuloksena valonsäde jatkaa samaan
suuntaan, kuin ennen lasiin osumista
– Valo tosin tulee ”ulos” hieman eri kohdassa,
kuin, jos lasia ei olisi
Taitekerroin
• n= ”valonnopeus tyhjiössä” / ”valon nopeus väliaineessa”
• Valon taittuminen:
– Aalto-opillisesti tiheä → harva: Valo taittuu
normaalista pois.
• n1 > n2
– Aalto-opillisesti harva → tiheä: Valo taittuu
normaalia kohti.
• n2 > n1
Kokonaisheijastus
• Tapahtuu kun taittumiskulma ≥ 90°
– Tapahtuu kun siirrytään optisesti tiheämmästä aineesta
harvempaan. (esim. valo vedestä ilmaan)
– Kokonaisheijastuksen rajakulmaksi sanotaan kulmaa
jolloin valo taittuu pinnan suuntaiseksi.
Esim.
• Millaisessa kulmassa auringosta, joka on
30 asteen korkeudella maanpinnasta,
tuleva valonsäde osuu järven pohjaan
(pohjan ja säteen välinen kulma)?
• Valon nopeus vedessä 2,249*10^8 m/s
Diffraktio
• Aallon/Valon taipuminen raossa
– Yleisin esimerkki valon taipuminen hilassa
– Sovelluksissa vain 1 aallonpituus (laser)
• Aiheutuu interferenssistä
– Vahvistava interferenssi kun valoaallot
samassa vaiheessa:
• Kuljetun matkan pituus = aallonpituuden moninkerta
Diffraktiolaki
• Saadaan geometriasta
•
• d  sin   k , k  0, 1, 2,
r2  r1  k

Esim.
• Diffraktiohilassa on reiät 3,5 µm päässä
toisistaan ja seinä on kolmen metrin
päässä hilasta. Mikä on käytetyn laserosoittimen aallonpituus, jos havaitaan viisi
kirkasta pistettä, joista seinän hilaan
nähden keskikohdasta kauimmaisin on 1,3
metrin päässä?
Polarisaatio
• Valossa on kaikkiin suuntiin värähteleviä
aaltoja
• Polarisoidussa valossa on vain yhden
suuntaista valoa
Brewsterin laki:
Kertoo missä kulmassa
heijastunut valo on täysin
polarisoitunutta.
n2
tan 1 
n1