Tenta 2015-01-07 (pdf 177 kB)

Tentamen i Fysikalisk optik (SK1301)
Onsdag 7 januari 2015
Alla hjälpmedel utom sådana som innebär kontakt med andra personer är tillåtna. Svar utan
motivering ger inga poäng. I den mån nödvändiga uppgifter saknas i problemformuleringen skall
rimliga värden antas. Rita figurer! Varje tal kan ge maximalt 1.0 poäng. För Godkänt krävs minst
3.0 poäng på del A. För Väl godkänt krävs minst 3.0 poäng på del A samt minst 1.5 poäng på del B.
Tänk på att även en ansats på ett tal kan ge delpoäng.
Lösningar anslås på kursens hemsida efter kl 15.
Del A
`
1. Du betraktar en stjärna. Hur stor blir den belysta fläcken på din näthinna? Du kan anta
emmetropt, avslappnat öga och en enkel ögonmodell. Pupilldiametern är 2,5 mm och du
kan bortse från aberrationer.
2. Ett tunt skikt med tjocklek 350 nm är gjort av SiO2, med brytningsindex 1,45. Det ligger
på ett glasöga med brytningsindex 1,74. Givet vinkelrätt infall, för vilka våglängder i det
synliga spektrat ger skiktet a) minimal reflektans och b) maximal reflektans? c) Har
skiktet lämplig tjocklek för att fungera som AR-behandling för synligt ljus? Motivera.
3. Du vill ta reda på ljusflödet från en matt, rund glödlampa. Till din hjälp har du en
luxmeter, som alltså mäter belysning. Beskriv hur du ska genomföra mätning(ar)
och/eller beräkning(ar) för att ta reda på det totala ljusflödet från lampan. Rita figur.
4. Ett sätt att åstadkomma 3D-effekt på t.ex. bio, är att använda polarisationsfilter. En bild,
avsedd för högerögat, formas av vertikalt polariserat ljus. Sedan sitter ett
polarisationsfilter framför högerögat som släpper igenom vertikal polarisation. Den andra
bilden, avsedd för vänsterögat, formas istället av horisontellt polariserat ljus, som släpps
igenom av ett horisontellt polarisationsfilter framför vänsterögat. Då ser varje öga sin
egen bild, vilket ger 3D-effekten. Det fungerar bra så länge personen sitter upprätt. Men
låt oss nu säga att Kalle lutar huvudet mot Idas axel, och därmed vinklar både huvud och
glasögon 20o. Beräkna hur stor andel av ljuset som når Kalles högeröga, om ljuset
kommer från a) det vertikalt polariserade ljuset (avsett för högerögat) eller b) det
horisontellt polariserade ljuset (avsett för vänsterögat). Rita figur!
5. Vitt ljus faller vinkelrätt in mot ett glasfönster (2 mm tjockt) med brytningsindex ur
tabellen nedan. Kommer reflexen att bli färgad? Motivera ditt svar, t.ex. genom att
beräkna reflektansen för blått respektive rött ljus och diskutera resultatet.
våglängd
450
500
550
600
650
brytningsindex
1,50637
1,50268
1,49994
1,49782
1,49612
Del B
,
6. Ett tunt skikt består av 50 nm av zinksulfid med brytningsindex 2,30, lagt på ett glas med
brytningsindex 1,7. Rita upp en graf som visar hur reflektansen beror av våglängden för
detta skikt, för vinkelrätt infall inom synliga spektrat.
Hjälp: du behöver reflektansen för åtminstone 5 olika våglängder, och du behöver veta var kurvan
har sitt minimum.
7. Ibland sätter man, av olika skäl, polarisationsfilter på ett kameraobjektiv. Hur mycket ska
objektivets bländartal ändras för att kompensera detta?
8. På nästa blad visas specifikationerna för en bra diodlaser (den kostar 6000 dollar).
Beräkna ett ungefärligt värde på laserns luminans (i strålens riktning)!
Specifications
Output Power (mW)
Output Power Tolerance (%)
Wavelength (nm)
Wavelength Tolerance (nm)
Laser Class - CDRH
Aspect Ratio
Mode Quality, M2
Beam Size at Aperture (mm)
Beam Divergence (mrad)
Polarization
Spectral Line Width (MHz)
Beam Stability (nm)
Power Stability (%)
Noise Level
Pointing Stability (μrad)
Warm-Up Time (minutes)
Input Current (A)
Power Consumption (W)
Computer Interface
Electrical Leads/ Pin Connections
Operating Temperature (°C)
Operating Humidity
Dimensions (mm)
Weight (g)
RoHS
Values
55
±10
632.8
±0.5nm
IIIb
1.5 - 2 (Output Beam)
1.1 (Horizontal)
1.2 (Vertical)
0.8 x 1.6
1.3 x 0.8
100:1 Linear
Typical: 10
±0.002
1
10Hz - 100MHz: 0.2% RMS
<50 (8 Hours)
2
Max: 2 @ 3.3V
Max: 5
USB
10-pin Connectors
+15 to +40
5 - 95% (non-condensing)
71.0 L x 63.5 W x 19.8 H
135
Compliant (View Certificate)