Interference světla
Interference monochromatických vln:
Aplikovaná optika II – přednáška
Koeficient zohledňuje míru koherence,
Při jemném posunu zrcadla lze počítáním proužků
zjistit malé rozměry objektů:
Viditelnost interferenčního jevu:
I1≈I2 : μ≈γ
ΔLm=m
λ
2
Vlnová klubka
pro klubko se definuje jeho
koherenční délka jako
Δλ
Vlnová klubka budou interferovat,
pokud se alespoň částečně překryjí;
míru překrytí zohlední koeficient γ.
Michelsonův interferometr
Aplikovaná optika II – přednáška
Interferometrické měření vzdáleností
Michelsonův interferometr s posuvným zrcadlem, vzorek tloušťky x, index lomu n
situace s vlnovými klubky (při striktně monochromatickém záření se interference uplatňuje vždy)
Vlnová klubka budou poskytovat vždy silný signál, ale vně oblasti interference, kde se
vlnová klubka nepřekrývají, budeme pozorovat prakticky konstantní intenzitu:
tehdy veličina viditelnost interferenčního jevu bude malá, nebo, jinými slovy,
světlo se složí jako nekoherentní (tedy se jenom sečtou intenzity jednotlivých vln).
Δd=0 Δd≈0 Δd≈2nx
Vyšší řády odrazů je obtížnější pozorovat kvůli jejich silnému zeslabení.
Lm
Lf
Optická biometrie oka
IOL Master – provádí interferenční měření tlouštěk jednotlivých částí oka
využívá vlnová klubka vhodně nastavené délky
rozlišení 0.02 mm
nekontaktní metoda – možnost měřit i přes brýle
v současnosti lze měřit i přes šedý zákal
Výstupem změření je graf viditelnosti interference
v místech, kde klubka interferují, je viditelnost vyšší:
objevují se píky, odpovídající tloušťkám jednotlivých
struktur v oku
(výpočet lze výrazně zpřesnit, pokud se zaznamenají
i dvojité, trojité průchody)
Aplikovaná optika II – přednáška
Optical Coherence Tomography (OCT), 1991
zdroj difuzního spektra + interferometr+ skenovací technika
rozlišení hloubkové a příčné jsou zcela oddělena:
hloubkové
příčné závisí (pouze) na použitém typu mikroskopie
(dosahovaná laterální rozlišení jsou lepší než mikrometr)
ln (2)
2
π
λ
0
2
Δλ
=
2ln2
π
δc
polovodičová laserová dioda, 800 – 1000 nm, stovky mW
pro objektiv s ohniskovou vzdáleností f
a numerickou aperturou NA
Δx=0.37
λ0
NA
Aplikovaná optika II – přednáška
Optical Coherence Tomography (OCT), 1991
E(k )=E0(k )cos(ωt−kz)
Rr=rr
2
S1
RS1=rS1
2
E0(k)
2
rr cos(ωt −k[ z+2lm+d])
E0(k)
2
rS 1 cos(ωt−k [ z+2lf +d ])
I=
I0(k )
4
(Rr +RS1 )+2I0 √Rr RS 1 cos(2k[lf −lm])
S2
dvě po sobě jdoucí maxima:
2k(lf −lm)=c2π
2k
'
(lf −lm)=(c+1)2π
Δk=k
'
−k=
π
lf −lm
2
Rr+RS 1
4
π
lf −lm
Aplikovaná optika II – přednáška
skenovací zobrazovací zařízení v oftalmologii
konfokální mikroskop (mimo jiné zbavuje obraz neostrých struktur z jiných hloubek vzorku)
pohyb skenovací optiky:
mechanicky (pomalejší): Nipkowův disk, piezoelektrika
opticky (rychlejší, odpadají mechanické vibrace apod.):
kerrova cela, pokelsonova cela, ohyb světla na ultrazvuku
konfokální skenovací laserový mikroskop (CSLO) 1979
Pro snímání plošných objektů elektronicky se používají metody rastrového skenování povrchu vzorku
(na tomto principu je založen i HRT, který využitím konfokální mikroskopie snímá i 3D)
jako objektiv funguje samotný optický systém oka
umožňuje zobrazení sítnice v rozlišení řádu
zakončení fotoreceptorů v reálném čase
zobrazení cca 1,5° sítnice, 30 skenů za vteřinu
použití adaptivní optiky umožňuje eliminovat do
jisté míry aberace oka (odliší S,M,L receptory)
umožňuje přímé pozorování skotomů a
poruch sítnice
v roli detektoru dnes prakticky výhradně CCD
Aplikovaná optika II – přednáška
Zobrazení v neskutečných barvách, rozložení jednotlivých typů receptorů
v blízkosti žluté skvrny, snímek z CSLO + adaptivní optika.
Aplikovaná optika II – přednáška
Nipkowův disk
mechanické zařízení, původně navržené pro přenos televizního signálu:
protože se přenáší vždy jeden signál (jeden vodič, jeden kanál),
dokud je v obraze aktivní jeden otvor, nevstupuje otvor druhý
postupným otočením se díky spirálovitému rozložení otvorů
projde celý obraz
přestože teoreticky je možné dosáhnout vysokých rozlišení,
původní design neumožnil těchto rozlišení dosáhnout
(bylo by zapotřebí příliš mnoha otvorů, příliš velké disky,
silné zdroje světla)
S rozvojem plošných detektorů (CCD) lze podmínky značně zlepšit:
několik prostorově oddělených otvorů může snímat obraz
současně, pokud se každý zvolený bod zobrazí na jiné místo
detekrotu
umístěním druhého disku se systémem stejně rozložených
mikročoček fokusujeme svazek laseru na jednotlivé otvory –
mohou tedy být menší
protože světlo putuje týmiž otvory i po sejmutí vzorku, vzniká
konfokální zařízení
je-li přikládané pole střídavé (frekvence až MHz), dochází k periodickému
otevírání a zavírání rezonátoru a vznikají pulzy laseru:
  22
U
d
k
nn oe


 
Přiložením vnějšího napětí U na kontakty dochází
přeorientováním molekul kapaliny ke vzniku anizotropie,
úměrné velikosti přiloženého napětí:
v okamžiku, kdy má pole nulovou velikost, není anizotropie přítomna – světlo zůstává lineárně polarizované
a neprojde tudíž přes soustavu dvou zkřížených polarizátorů – rezonátor je otevřen, laser nesvítí
v okamžiku, kdy má pole maximální výchylku, je anizotropie největší – světlo se stává elipticky polarizovaným
a projde (částečně) přes soustavu dvou zkřížených polarizátorů – rezonátor je uzavřen, laser svítí
pulzní lasery – Kerova cela
k tomu, aby laser místo kontinuálního výkonu poskytoval energii v oddělených pulzech
(které díky tomu obsahují vysoký výkon), je potřeba střídavě přerušovat činnost rezonátoru,
a tím i přítomnost stimulované emise
jednou z možností, jak toho dosáhnout, je Kerrova cela, využívající získanou anizotropii kapaliny
Kerrova cela je průhledná nádoba s tekutinou,
vybavená bočními deskovými elektrickými kontakty
a obklopená zkříženými polarizátory.