PARTEA I

. . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . Propagarea dmpului elelron~aynetic 9

1.1. hf8rimi electromagnetice de stare ~i forma lor 4-dimensional5 . . 9 . . . . . . . 1.2. Forma 4-dimensional8 a ecuatiilor electrodinamicii 13

. . . . . . . . 1.3. MBrimi energetice in electrodinamica relativist5 14 1.4. Relativitatea m8rimilor electromagnetice . . . . . . . . . . . 17

. . . . . . . . . 2 . Conceptul de und5 electromagnetic5 In fizica clasic5 19

. . . 2.1. Clasificarea mediilor in care se propag5 undele electromagnetice 19 2.2. Propagarea undelor electromagnetice . . . . . . . . . . . . . . . . . . r 20

. . 2.3. Unde armonice . Ecuatia lui Helmholtz . . . . . . . . . . . . . . .' 24 . . . . . . . . . . . 2.4. Unde armonice plane . . 27

. . . 2.5. Unde electromagnetice armonice plane . . 30 . . . . . 2.6. Domeniul undelor electromagnetice 32

2.7. Propagarea perturbatiilor de dural5 finit5 . 33 2.8. Efectul Doppler-Fizeau . . . . . . . . . . 38

3 . Sterile de polarizare a l un~ in i i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.1. Stiiri de polarizare pure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 3.2. Descrierea stlrilor de polarizare . hlatricea de polarizare si parametrii Stokes . 4 3 3.3. Descrierea stBrilor de polarizarc pure . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.4. Descrierea st8rilor de polarizare mixte . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.5. Schimbarea sl5rii radiafiei electromagnetice . . . . . 49

4 . Interferenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.1. Interferenta microundelor . . . . . . . 51 4.2. Conceptul de coerentii . . . . . . . . 52 4.3. Studiul interfercntei undelor lum~noase . . . 55

5 . Difractia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.1. Principiul lui Huygens . . . . . . ? . . . . 57 5.2. Helafia Helmholtz-Kirchhoff . . . . . . . . . 58 5.3. Difraclia prin dcschideri . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.4. Teorema lui Babinet . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 5.5. Difractia Fresnel si difractia Fraunhofc~r . . . . . . . . . . . . 63 5.6. Difractia Fraunhofer printr-o fant5 . . . . . . . . . . . . . . 65 5.7. Difractia Fraunhoier printr-o deschidere dreptunghiulars . . . . . . 67 5.8. Difractia Fraunhofer printr-o dcschidere circular5 . . . . . . . . . 6% 5.9. Difractia Fraunliofer prin retele unidirnensionale . . . . . . . . . . . . . 69 5.10. Difrgctia Fraunhofer prin retele tridimensionalc . . . . . . . . . . . . 71 5.11. Difractia Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5

6 . Refleuia-refractia lominii la ffontiera dintre don5 mehii ?!eleetriee onlogene . 79

6.3. Reflcxia-refractia undei E p . II. . . 6.4. . Keflectanta si transmitantit . .

. . . . . 6.5. Reflexia total5 a lnminii . . . . . . . . 6.6. Presiunea luminii

'i . Propagarea lominii in lnedii absorbante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1. Ecuafia dc propagare i n ~nedi i absorbantc . Indici optici . . . . . . . . 7.2. Studiul reflesiei-refractici la suprafata de separare a dou5 medii absorbante . 7.3. Kcflexin-refractia luminii pe medii stratiricatc . . . . . . . . . . . . . 7.4. Ahsorbtia..l ispersia luminii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 . I'ropagarea luminii ill medii anizotrope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1. Parlicularit5Lilr propaggrii luminii in medii anizotrope . Elipsoidnl lui Fresnel 8.2. Ecuatiile cimpului clcctrornagrietic in lnedii anizotrope . . . . . . . . .

. . . . 8.3. Ecuatia r.xclor. Suprafata radial5 Cristalc uniaxe si biase 8.4. Ecuatia normhlelor . Snprafata normalelor . . . . . . . . . . . 8.5. Anizolropia rncdiilor optice . . . . . . . . . . . . . . 8.6. Activitatea optic5 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 . Cuantificarea cimpului electroma!jnetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1. Ipoteza fotonilor . Efcctul.fotoelectr.c si efectul C o m ~ t o n . . . . . . . . 9 2 . Descompunerea cimpului clcclronlagnetic Pntr-un sistcm de oscilatori . . . 9.3. Cuantificarea cimpului clectromagnctic . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 9.4. Spinul fotonilor si starcn de polarizarc . . . . . . . . . . . . . . .

10.1. Probabilitatea dc tranzibie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2. Heguli dc selecfie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. I\lecanisniul Einstein dc emisie-absorbtic a lurninii . . . . . . . . . . . 10.4. 1.5r~imca liniilor spcctrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.5. Interpretarea cuantic5 a dispersici luminii . . . . . . . .

. . . . . . . . 11 . Procese de emisie a luminii

11.1. Radiatia termic5 dc cchilibru . . . . . 11.2. Deducerea f orniulci lui Planck . . . . . 11.3. Procese de neechilihru de emisie-absorbfie . . 11.4. Efectul Zcernann . . . . . . . . . . . . . 11.5. Efectul Stark . . . . . . . . . . . . . . . 1 l . G . Proccse de difuzie elastic5 a lriminii . . . . . . . . . . . . . 11.7. Procese de difuzie neelastic5 a luminii . . . . . . . . . . . . . 11.8. Efectul Cercnltov. radiatia de l'rinare si radiatia de iranzific . .

12 . Nnfiuni f l lndame~~ta le de optic5 teI111ic5 . . . . . . . . . . . 12.1. Energia luminii . .

12.2. Fotonictrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3. Pirometric optic5

. . . . . . . . . 12.4. Surse si receptori de luming 12.5. Ochiul - receptor dc lumin5 . . . . . . . . 12.6. Colorimetric . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.7. Materiale optice

. . . . . . . 13 . Formarea imnginilor priu s is ten~e optice Optica g e o r n e t r i c i r ~ ~ 1 1 1 1 ~ :

. . . . . . . . . . . . 13.1. Notiunea dc 'raz8 de lumin8 Ecnafia ciconalului 13.2. Teorenla lui Fermat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 13.3. Proprictltile generale ale razelor de lurnin5 13.4. I. imitele de valabilitatc ale opticii gcometricc . lJrincipiilc opticii geomctriee

. 13.6. Reflexia extern5 $i reflexia intern& Fibre optice . . . . . . . . . . . . 13.6. Terminologic general5 si conventia de scrnne in optica tchnic5 . . . . .

13.7. Stud~ul formgrii imaginilor prin sisteme optice in cadrul de ded int!i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . 13.5. ilberati~le cromatice ale slstemclor optice 13.9. Determinarea conditiilor pentru un stigmatism riguros, 2ntr-w~ ekmwmt do

. . . . . . . . . \alum din vecin5tatea axei unui sistem optic centrat 13.10. Aberatiile geometrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 14 . Con~ponente 51 instrumente optice funda~nentale , 14.1. Lama plan-paralei5 . . ' . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Prisma optic5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3. Oglinzi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4. 1.entile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5. Hetele zonate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.6. Franje nloire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 11.7. Proprietiilile gencrale ale aparatelor optice 14.8. Instrumente optice afocale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.9. 3Z1croscopul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.10. Obiectivul foto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.11. Aparatul de proiectie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -

1 5 . Xplica[ii ale interferentei y i difraetiei luminii . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1. Interferometre cu dous unde . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 15.2. lnterferometre cu unde multiple . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3. Aplicatii ale intcrlerentei in tehnologia optic5 . . . . . . . . . . . 15.4. Retele de difractie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.5 Aparate spectrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 6 . Xplieajii ale polariziirii lu~ninii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.1. Polarizori $i prisrne birefr~ngcnte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 16.2. Lame plan-paralele crisldine : und5. semiund5 Si sfert de rind% 16.3. Analiza unei oscilatii luminoasr . Legea lui Malus . Analizor eu p e n ~ I . 16.4. Microscopie in lum1n5 polarizatii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.5. Interferometrie in lumin5 polarizat5 . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.6. Elipsometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.7. Aplicatii ale birefringente~ artif~ciale . . . . . . . . . . . . .

17 . Optiea Fonrier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 17.1. Imaginea unei surse punctiforme printr-un sistem optic perfeet .... 17.2. Imaginea unei surse punctiforme printr-un sistem optic i m p a c f d .... 17.3. Explicarea difractional5 a form5riiimaginilor prin sisteme agrtioe

18 . HolograCie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IS . 1. Principiul inregistriiri~ 51 rcconstructiei holografice . . . . . . . . . . .

.... 18.2. Componentele rnmtajrlor holografice . . . . . . . . . . . . , 18.3. Aplicatii ale holografici 2.1 opt~ca tehnicii . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 18.4. Extinderea holograliei in domenii neconventionale

1 0 . Optica granular5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.1. Speckle in i m q i n ~ a unui obiect dlfuzaqt iluminat de na frsdcst riaeer . 19.2. Speckle produs la distant5 finit5 dc nn obie:t difuzant iluminat de ~eu laser 19.3. Aplicatii ale optici~ grannlare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 . Compooente opto-electronice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1. Celula fotocm~siv5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2. Fotomultiplicatorul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.3. Efecte fotoelectrice in semiconductoare . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1. Fotorezistorul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.5. Fotodioda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.6. Fotoelementul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.7. Fototranzistorul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : . . 20.8. Fototiristorul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

........... 20.9. Componente opto-electronice emititoare de bmin5 20.10. Cuplori optici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.11. Traductoare fotoelectrice de misurare numerics . . . . . . . . . . . . 20.12. Cristale lichide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografie . . . . . . . . . . . . ........

Lumina constituie u n sisfem fizic foarfe potrivif penfru oblinerea, sfocarea 5i fransmisia informafiei, precum si pentru conlanda diverselor insfalalii, iar dispozitivele optice se numiirii prinfre cele mai sensibile ;i mai practice. C u toate acesfea, de-abia i n ultimele decenii, opfica a intervenif masiv i n aplicafiile f ehn i~e . f n prezent, dispozitivele optice sau optoelectronice s i n f utilizate i n tot ma i m u l f e insfalafii si procese fehnologice, asffel inciE inginerii de toate specialifiifile sint confrunfafi cu o uarietate meren crescindii de probleme ale opficii clasice sau cuanfice.

Elaborarea in limba romirnii a zlnei ciirli de opticti aplicatii, desfinatii sii devinii u n instrument de lucru i n mina inginernlui, consfituie i n momentul de fafci o sarcinii pe c i f dc stringenfii, pe ati f de dificilii. Pr in selecfia maferialrllui teoretic, pe de o parte, ;i a aplicariilor, pe rle altii p a ~ ~ l e , auforii acestei lucriiri s-au gtriiduit sii poatii introduce cititornl intr-rrn larg evanfai de probleme, fie actuale, fie de perspectivii, beneficiind, i n ceea ce priue~te modul de tratare a femelor, de faptul cii in prezent tofi inginerii poseckii solide cuno~t in fe de matemafici speciale, electrd fehnicii si mecanicii cuanficd.

Lucrarea c u p ~ i n d e douii piirfi distincfe, dar inferdependenfe ; prima, redacfatii de George C . Ilfbisil, tratind aspectele teoretice de bazci ale opticii, iar cea de a doua parte, redacfafii de Eugen G. Curatzr, fiind dedicatii aspectelor ciplicative.

Expunerea fenomenelor optice fundamentale adniite explicif fapful cii propagarea cirnpului electromagnetic este u n proces relatiuisf, electrodinamica relatiuisfii constituind bazu absolrlt necesarci constrncfiei~opficii feoretice. S-a dat o extindere mai mare analizei detaliate a stiirilor de polarizare a luminii , precum .. gi propagiirii lulninii in mediile anizofrope, deoarece, i n prezenf, fnfelegerea funcfioniirii a nurneroase rlispozitive fehnice necesitii cunostinfe d in acesfe domenii. S-au infrodus, de asemenea, unele elemenfe de teoria cuanticii a radiafiei absolut necesare inferpretiirii corecie atit a structurii microscopice a luminii, c i f ;i a inferac- fiunii dinfre radiafie ;i substanfii. Dimpotrivii, infrucit specfroscopia consfitrrie astiizi u n capitol relatiu independent a1 fizicii, informafia dot6 i n acest domeniu esfe destul de redusti, cu ati f mai m u l f cu cit in literatura romirnii de specialitate exisfii cifevtr ctirli foarte bune.

f n partea a doua a lucriirii se prezintii capitolele cele mai importante ale . opticii aplicate, incepind cu fotometria si colorimetria, sursele pi receptorii de lumind, precum si materialele, dispozitivele si instrumentele optice. 0 extindere mai mare a fost datii componentelor optice (lentile, prisme polarizoare, componente opfo- electronice), precum pi aparatelor opfice de importanfii fundamental&, cum ar fi fnterferometrele, laserii, filtrele optice, aparatele spectrale, dispozifivele elipso- metrice, dispozitivele holografice etc. f n ce privqte formarea imaginilor prin sisie- mele optice, se utilizeazci, pe lingii metodele opticii geometrice, pi cele difractionale, pe baza analizei Fourier, relieftndu-se rolul fzzncfiei de transfer In aprecierea calitiifii sisfemelor gpfice.

GEORGE C. M O I S I L EUGEN G. CURATU

Bucure~ti, decembrie 19 8 5 .