Plik optyka fizyczna Jest to część optyki, która bada falową naturę światła i zjawiska fizyczne, które można zrozumieć tylko na podstawie modelu falowego. Bada również zjawiska interferencji, polaryzacji, dyfrakcji i innych zjawisk, których nie można wyjaśnić optyką geometryczną..
Model falowy definiuje światło jako falę elektromagnetyczną, której pola elektryczne i magnetyczne oscylują prostopadle do siebie..
Pole elektryczne (I) fali świetlnej zachowują się podobnie do jej pola magnetycznego (b), ale pole elektryczne dominuje nad polem magnetycznym ze względu na zależność Maxwella (1831-1879), która ustala, co następuje:
I= cB
Gdzie do = Prędkość propagacji fali.
Optyka fizyczna nie wyjaśnia spektrum absorpcji i emisji atomów. Z drugiej strony optyka kwantowa zajmuje się badaniem tych zjawisk fizycznych.
Indeks artykułów
Historia optyki fizycznej zaczyna się od eksperymentów przeprowadzonych przez Grimaldiego (1613-1663), który zauważył, że cień rzucany przez oświetlony obiekt wydawał się szerszy i był otoczony kolorowymi paskami.
Nazwał obserwowane zjawisko dyfrakcją. Jego prace eksperymentalne doprowadziły go do zaproponowania falowej natury światła, w przeciwieństwie do koncepcji Izaaka Newtona, która dominowała w XVIII wieku..
Paradygmat Newtona ustalił, że światło zachowuje się jak promień małych ciałek poruszających się z dużą prędkością po trajektoriach prostoliniowych.
Robert Hooke (1635-1703) bronił falowej natury światła w swoich badaniach nad kolorem i załamaniem, stwierdzając, że światło zachowuje się jak fala dźwiękowa rozchodząca się szybko, prawie natychmiastowo przez ośrodek materialny..
Później Huygens (1629-1695), opierając się na ideach Hooke'a, skonsolidował falową teorię światła w swoim Próbowałem de la lumière (1690), w którym zakłada, że fale świetlne emitowane przez ciała świecące rozchodzą się przez subtelny i elastyczny ośrodek zwany eter.
Teoria fal Huygensa wyjaśnia zjawiska odbicia, załamania i dyfrakcji znacznie lepiej niż teoria korpuskularna Newtona i pokazuje, że prędkość światła zmniejsza się, gdy przemieszcza się z mniej gęstego ośrodka do gęstszego..
Pomysły Huygensa nie zostały zaakceptowane przez ówczesnych naukowców z dwóch powodów. Pierwszą była niemożność zadowalającego wyjaśnienia definicji eter, a po drugie, prestiż Newtona związany z jego teorią mechaniki, który wpłynął na zdecydowaną większość naukowców, którzy zdecydowali się poprzeć korpuskularny paradygmat światła..
Na początku XIX wieku Tomasowi Youngowi (1773-1829) udało się przekonać społeczność naukową do zaakceptowania modelu fal Huygensa opartego na wynikach jego eksperymentu z interferencją światła. Eksperyment pozwolił na określenie długości fal różnych kolorów.
W 1818 roku Fresnell (1788-1827) powtórzył teorię fal Huygensa opartą na zasadzie interferencji. Wyjaśnił również zjawisko dwójłomności światła, które pozwoliło mu stwierdzić, że światło jest falą poprzeczną.
W 1808 roku Arago (1788-1853) i Malus (1775-1812) wyjaśnili zjawisko polaryzacji światła z modelu fali.
Wyniki eksperymentów Fizeau (1819-1896) w 1849 roku i Foucalt (1819-1868) w 1862 roku pozwoliły zweryfikować, że światło rozchodzi się szybciej w powietrzu niż w wodzie, co jest sprzeczne z wyjaśnieniem podanym przez Newtona..
W 1872 roku Maxwell opublikował swoje Traktat o elektryczności i magnetyzmie, w którym podaje równania syntetyzujące elektromagnetyzm. Ze swoich równań uzyskał równanie falowe, które pozwoliło przeanalizować zachowanie fali elektromagnetycznej.
Maxwell stwierdził, że prędkość propagacji fali elektromagnetycznej jest związana z ośrodkiem propagacji i pokrywa się z prędkością światła, wnioskując, że światło jest falą elektromagnetyczną.
Wreszcie Hertz (1857-1894) w 1888 roku zdołał wytworzyć i wykryć fale elektromagnetyczne i potwierdził, że światło jest rodzajem fali elektromagnetycznej.
Optyka fizyczna bada zjawiska związane z falową naturą światła, takie jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja.
Interferencja to zjawisko, w którym dwie lub więcej fal świetlnych zachodzi na siebie, współistniejąc w tym samym obszarze przestrzeni, tworząc pasma jasnego i ciemnego światła..
Jasne pasma powstają, gdy wiele fal jest dodawanych razem, aby wytworzyć falę o większej amplitudzie. Ten rodzaj ingerencji nazywa się konstruktywną interferencją..
Kiedy fale nakładają się na siebie, aby wytworzyć falę o niższej amplitudzie, interferencja nazywana jest interferencją destrukcyjną i wytwarzane są pasma ciemnego światła..
Sposób rozmieszczenia kolorowych pasków nazywany jest wzorcem interferencyjnym. Zakłócenia można zauważyć w bańkach mydlanych lub warstwie oleju na mokrej drodze.
Zjawisko dyfrakcji to zmiana kierunku propagacji, jakiej doświadcza fala świetlna, gdy uderza w przeszkodę lub otwiera się, zmieniając jej amplitudę i fazę..
Dyfrakcja, podobnie jak zjawisko interferencji, jest wynikiem superpozycji fal spójnych. Dwie lub więcej fal świetlnych jest spójnych, gdy oscylują z tą samą częstotliwością, zachowując stałą zależność fazową.
Ponieważ przeszkoda staje się coraz mniejsza w porównaniu z długością fali, zjawisko dyfrakcji przeważa nad zjawiskiem odbicia i załamania przy określaniu rozkładu promieni świetlnych po uderzeniu w przeszkodę..
Polaryzacja to zjawisko fizyczne, w wyniku którego fala wibruje w jednym kierunku prostopadłym do płaszczyzny zawierającej pole elektryczne. Jeśli fala nie ma ustalonego kierunku propagacji, mówi się, że nie jest spolaryzowana. Istnieją trzy rodzaje polaryzacji: polaryzacja liniowa, polaryzacja kołowa i polaryzacja eliptyczna..
Jeśli fala wibruje równolegle do ustalonej linii opisującej prostą w płaszczyźnie polaryzacji, mówi się, że jest spolaryzowana liniowo.
Gdy wektor pola elektrycznego fali opisuje okrąg w płaszczyźnie prostopadłej do tego samego kierunku propagacji, zachowując stałą wielkość, mówi się, że fala jest spolaryzowana kołowo.
Jeśli wektor pola elektrycznego fali opisuje elipsę w płaszczyźnie prostopadłej do tego samego kierunku propagacji, mówi się, że fala jest spolaryzowana eliptycznie.
Jest to filtr, który przepuszcza tylko część światła zorientowanego w jednym określonym kierunku, bez przepuszczania fal skierowanych w innych kierunkach..
Jest to powierzchnia geometryczna, w której wszystkie części fali mają tę samą fazę.
Amplituda to maksymalne wydłużenie fali. Faza fali to stan drgań w danej chwili. Dwie fale są w fazie, gdy mają ten sam stan wibracji.
Jest to kąt padania światła, przy którym odbita fala świetlna od źródła jest w pełni spolaryzowana.
Światło niewidoczne dla ludzkiego oka w widmie promieniowania elektromagnetycznego 700nm do 1000μm.
Jest to stała prędkości propagacji fali świetlnej w próżni o wartości 3 × 108SM. Wartość prędkości światła zmienia się, gdy rozchodzi się w materialnym ośrodku.
Pomiar odległości między grzbietem a innym grzbietem lub między doliną a inną doliną fali podczas jej rozchodzenia się.
Niewidoczne promieniowanie elektromagnetyczne o widmie fal poniżej 400nm.
Poniżej wymienione są niektóre prawa optyki fizycznej, które opisują zjawiska polaryzacji i interferencji.
1. Dwie fale świetlne z liniową, koherentną i ortogonalną polaryzacją nie zakłócają się nawzajem, tworząc wzór interferencyjny.
2. Dwie fale świetlne z liniową, spójną i równoległą polaryzacją mogą zakłócać pewien obszar przestrzeni.
3. Dwie fale naturalnego światła z liniową, niekoherentną i ortogonalną polaryzacją nie interferują ze sobą, tworząc wzór interferencyjny..
Prawo Malusa mówi, że natężenie światła przepuszczanego przez polaryzator jest wprost proporcjonalne do kwadratu cosinusa kąta, który tworzy oś transmisji polaryzatora i oś polaryzacji padającego światła. Innymi słowy:
Ja = ja0sałatadwaθ
I =Natężenie światła przepuszczanego przez polaryzator
θ = Kąt pomiędzy osią transmisji a osią polaryzacji wiązki padającej
ja0 = Natężenie światła padającego
Wiązka światła odbita od powierzchni jest w pełni spolaryzowana w kierunku normalnym do płaszczyzny padania światła, gdy kąt pomiędzy wiązką odbitą a załamaną jest równy 90.
Niektóre zastosowania optyki fizycznej dotyczą badania ciekłych kryształów, projektowania układów optycznych i metrologii optycznej.
Ciekłe kryształy to materiały utrzymywane między stanem stałym a ciekłym, których cząsteczki mają moment dipolowy, który indukuje polaryzację padającego na nie światła. Z tej właściwości opracowano ekrany do kalkulatorów, monitorów, laptopów i telefonów komórkowych..
Systemy optyczne są często używane w życiu codziennym, nauce, technologii i opiece zdrowotnej. Systemy optyczne umożliwiają przetwarzanie, rejestrowanie i przesyłanie informacji ze źródeł światła, takich jak słońce, diody LED, lampa wolframowa czy laser. Przykładami układów optycznych są dyfraktometr i interferometr.
Odpowiada za wykonywanie pomiarów parametrów fizycznych o wysokiej rozdzielczości na podstawie fali świetlnej. Pomiary te są wykonywane za pomocą interferometrów i przyrządów refrakcyjnych. W medycynie metrologia służy do ciągłego monitorowania parametrów życiowych pacjentów.
Poshakinskiy i Poddubny (1) wykazali, że cząstki nanometryczne z ruchem wibracyjnym mogą wykazywać efekt optyczno-mechaniczny podobny do tego, który zaproponowali Kerker i wsp. (2) w 1983 r..
Efekt Kerkera to zjawisko optyczne polegające na uzyskaniu silnej kierunkowości światła rozpraszanego przez kuliste cząstki magnetyczne. Ta kierunkowość wymaga, aby cząstki miały odpowiedzi magnetyczne o takim samym natężeniu jak siły elektryczne..
Efekt Kerkera to propozycja teoretyczna, która wymaga cząstek materialnych o właściwościach magnetycznych i elektrycznych, które obecnie nie istnieją w przyrodzie. Poshakinskiy i Poddubny osiągnęli ten sam efekt na cząstkach nanometrycznych, bez znaczącej odpowiedzi magnetycznej, które wibrują w przestrzeni..
Autorzy wykazali, że drgania cząstek mogą powodować odpowiednio zakłócające polaryzacje magnetyczne i elektryczne, ponieważ w cząstce indukowane są składowe polaryzacji magnetycznej i elektrycznej tego samego rzędu wielkości, gdy rozważa się nieelastyczne rozpraszanie światła..
Autorzy proponują zastosowanie efektu optyczno-mechanicznego w nanometrycznych urządzeniach optycznych poprzez wprawianie ich w drgania falami akustycznymi.
Dhatchayeny i Chung (3) proponują eksperymentalny system pozaustrojowej komunikacji optycznej (OEBC), który może przekazywać informacje o oznakach życiowych ludzi za pośrednictwem aplikacji na telefony komórkowe z technologią Android. System składa się z zestawu czujników i koncentratora diod (matryca LED).
Czujniki są umieszczane na różnych częściach ciała, aby wykrywać, przetwarzać i przekazywać parametry życiowe, takie jak puls, temperatura ciała i częstość oddechów. Dane są zbierane za pomocą matrycy LED i przesyłane przez kamerę telefonu komórkowego za pomocą aplikacji optycznej.
Macierz LED emituje światło w zakresie długości fal rozpraszania Rayleigh Gans Debye (RGB). Każdy kolor i kombinacja kolorów emitowanego światła jest powiązana z oznakami życiowymi.
Zaproponowany przez autorów system może w wiarygodny sposób ułatwić monitorowanie parametrów życiowych, ponieważ błędy w wynikach eksperymentów były minimalne..
Jeszcze bez komentarzy