Geometrische Optik
Werbung
Sommersemester 2015 Ph-OQ: Optik und Quantenphysik 1. Übung Wiederholung Beugung am Gitter 1.) Reflexionsgitter H. A. Rowland gelang es 1882 durch Einritzen von extrem dünnen Linien in spiegelnde Flächen sehr hochwertige Reflexionsgitter herzustellen. Die besten heute verfügbaren sog. Rowlandgitter enthalten 1700 Striche pro Millimeter und eine Gesamtstrichanzahl von 110000 Striche. Auf ein solches Gitter fällt in einem Versuch Strahlung der Lyman-β-Linie des Wasserstoffs (Wellenlänge λ = 102,6 nm) unter einem Winkel von α1 = 25o zur Gitteroberfläche. a) Unter welchem Winkel α2 zur Gitteroberfläche kann das Maximum erster Ordnung der o.g. Strahlung mit einem UV-Detektor beobachtet werden? b) Muss der Beobachtungswinkel α2 verkleinert oder vergrößert werden, wenn das Maximum gleicher Ordnung der Lyman-α-Linie des Wasserstoffs (Wellenlänge λ = 121,6 nm) ohne Änderung des Einfallswinkels α1 beobachtet werden soll? 3.) Blazegitter In der Übungsaufgabe 23 Optik haben Sie berechnet, wie hoch die Ordnung der Beobachtung mindestens sein muss, wenn man die Na-D-Linien (λD1 = 589,0 nm und λD2 = 589,6 nm) mit einem herkömmlichen Gitter mit einer Liniendichte von 800 Linien pro Zentimeter und einer Breite des Lichtbündels von 3,5 mm auflösen will (senkrechter Einfall vorausgesetzt). a) Bei Verwendung eines Blazegitters (Abfolge von unter einem Blazewinkel Φ zur Gitternormale im Abstand D angeordneter spiegelnder Flächen, s. Skizze) kann durch Wahl des Blazewinkels Φ die maximale Intensität in eine höhere Ordnung der Beobachtung verschoben werden. Berechnen Sie Lichteinfall senkrecht zur Gitterebene den Blazewinkel Φ für die Reflexion an einem Blazegitter gleicher Dichte der Blazes, mit dem die oben genannten Linien sicher aufgelöst werden können. Φ b) Für welche Wellenlängen im sichtbaren Bereich würde dieses Gitter als wellenlängenselektierender Spiegel wirken D (Reflexionswinkel α = 0o). Blazegitter Photonen 3.) Strahlungsquellen Eine punktförmige Quelle mit einer Leistung von 1mW emittiert nach allen Seiten elektromagnetische Strahlung. Wie viele Photonen werden pro Sekunde in einen Raumwinkel Ω =10-6 sr a) bei langwelliger Radiostrahlung mit λ=2 km und b) bei γ -Strahlung mit λ=2 pm abgestrahlt? Ziehen Sie aus dem Ergebnis Schlussfolgerungen bezüglich der Möglichkeit, bei den beiden Strahlungsarten einzelne Photonen zu registrieren! 4.) Photoeffekt an Kalium Licht mit einer Wellenlänge von λ0 = 300 nm falle auf Kalium. Die emittierten Elektronen haben eine maximale kinetische Energie von Ekin-max = 2,03 eV. a) Wie groß ist die Energie E (in eV) der einfallenden Photonen? b) Wie groß ist die Austrittsarbeit WA (in eV) von Kalium? c) Wie groß ist die maximale Bremsspannung UBr, wenn das einfallende Licht eine Wellenlänge von λ1 = 430 nm besitzt? d) Wie groß ist die Grenzwellenlänge λGr des Photoeffekts für Kalium?
