Optik

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 22. juni 2022; checks kræver 10 redigeringer .

Optik (fra oldgræsk ὀπτική "videnskaben om visuel perception") er en gren af ​​fysikken , der studerer lysets adfærd og egenskaber , herunder dets interaktion med stof og skabelsen af ​​værktøjer , der bruger eller detekterer det [1] . Optik beskriver generelt adfærden af ​​synlig , ultraviolet og infrarød stråling. Fordi lys er en elektromagnetisk bølge , har andre former for elektromagnetisk stråling , såsom røntgenstråler , mikrobølger og radiobølger , lignende egenskaber.

De fleste optiske fænomener kan forklares ved hjælp af klassisk elektrodynamik . Den fulde elektromagnetiske beskrivelse af lys er dog ofte svær at anvende i praksis. Praktisk optik er normalt baseret på forenklede modeller. Den mest almindelige af disse, geometrisk optik , ser lys som et sæt stråler , der bevæger sig i lige linjer og bøjes, når de passerer gennem eller reflekterer fra overflader. Bølgeoptik  er en mere komplet model af lys, der inkluderer bølgeeffekter såsom diffraktion og interferens , der ikke tages i betragtning i geometrisk optik. Historisk set blev lysstrålemodellen først udviklet og derefter lysbølgemodellen. Fremskridt i teorien om elektromagnetisme i det 19. århundrede førte til forståelsen af ​​lysbølger som den synlige del af det elektromagnetiske spektrum.

Nogle fænomener afhænger af, at lys udviser bølge- og partikelegenskaber . Forklaringen på denne adfærd findes i kvantemekanikken . Når man overvejer de korpuskulære egenskaber, er lys repræsenteret som en samling af partikler kaldet fotoner . Kvanteoptik bruger kvantemekanik til at beskrive optiske systemer.

Optisk videnskab er relevant og studeret i mange relaterede discipliner, herunder astronomi , forskellige områder inden for ingeniørvidenskab , fotografi og medicin (især oftalmologi og optometri ). Praktiske anvendelser af optik kan findes i en række forskellige teknologier og hverdagsting, herunder spejle , linser , teleskoper , mikroskoper , lasere og fiberoptik .

Historie

Optik begyndte med udviklingen af ​​linser af de gamle egyptere og mesopotamiere . De tidligst kendte linser fra Kreta , lavet af poleret krystal, ofte kvarts , dateres tilbage til 2000 f.Kr. e. (Arkæologisk museum i Heraklion, Grækenland). Linser fra Rhodos dateres tilbage til omkring 700 f.Kr. BC, samt assyriske linser som Nimrud-linsen [2] . De gamle romere og grækere fyldte glaskugler med vand for at lave linser. Disse praktiske fremskridt blev fulgt af udviklingen af ​​teorier om lys og syn af oldgræske og indiske filosoffer og af udviklingen af ​​geometrisk optik i den græsk-romerske verden . Ordet optik kommer fra det oldgræske ord ὀπτική , som betyder "udseende" [3] .

Grækerne betragtede optik som en del af en filosofisk doktrin – den havde to modsatrettede teorier om, hvordan syn fungerer: teorien om intromission ( engelsk  intromission ) og teorien om stråling [4] . Intromissionstilgangen så synet som udgået fra genstande, der støbte kopier af sig selv (såkaldte eidolas fra det engelske  eidola ), som blev fanget af øjet. Med mange grundlæggere, herunder Demokrit , Epikur , Aristoteles og deres tilhængere, ser denne teori ud til at have haft en vis lighed med moderne teorier om, hvad vision egentlig er, men den er forblevet en ren spekulation uden noget eksperimentelt grundlag.

Platon var den første til at formulere teorien om stråling, ideen om, at visuel perception udføres af stråler udsendt af øjnene. Han kommenterede også paritetsændringen af ​​spejlene i Timaeus [5] . Et par hundrede år senere skrev Euklid (4.-3. århundrede f.Kr.) en afhandling kaldet Optik , hvori han forbandt syn med geometri og skabte geometrisk optik [6] . Han baserede sit arbejde på Platons strålingsteori, hvori han beskrev de matematiske regler for perspektiv og kvalitativt beskrev virkningerne af brydning , selvom han tvivlede på, at en lysstråle fra øjet øjeblikkeligt kunne lyse stjerner, hver gang nogen blinker [7] . Euklid formulerede princippet om den korteste lysvej og betragtede flere refleksioner på flade og sfæriske spejle. Ptolemæus holdt sig i sin afhandling Optik til "intromission-stråling"-teorien om syn: strålerne (eller strømmen) fra øjet danner en kegle, hvis spids er inde i øjet, og bunden bestemmer synsfeltet. Strålerne var følsomme og formidlet til observatørens sind information om afstanden og orienteringen af ​​overflader. Han opsummerede meget af Euklids geometriske optik og fortsatte med at beskrive en måde at måle brydningsvinklen på , selvom han ikke bemærkede en empirisk sammenhæng mellem den og indfaldsvinklen [8] . Plutarch (1.-2. århundrede e.Kr.) beskrev flere refleksioner på sfæriske spejle og diskuterede skabelsen af ​​forstørrede og formindskede billeder, både virkelige og imaginære, herunder tilfældet med billedkiralitet .

I middelalderen blev græske ideer om optik genoplivet og formidlet af forfattere i den muslimske verden . En af de første af disse var Al-Kindi (ca. 801-873), som skrev om fordelene ved de aristoteliske og euklidiske ideer om optik, og foretrak teorien om stråling, da den tillod bedre kvantitativ bestemmelse af optiske fænomener [10] . I 984 skrev den persiske matematiker Ibn Sal en afhandling "Om brændende spejle og linser", der korrekt beskriver brydningsloven, svarende til Snells lov [11] . Han brugte denne lov til at beregne de optimale former for linser og buede spejle . I begyndelsen af ​​det 11. århundrede skrev Alhazen (Ibn al-Haytham) Optikkens Bog ( Kitab al-manazir ), hvori han undersøgte refleksion og brydning og foreslog et nyt system til forklaring af syn og lys, baseret på observation og eksperimenter [12] [13] [ 14] [15] [16] . Han afviste "strålingsteorien" brugt i ptolemæisk optik, det vil sige når de nødvendige stråler for synet udsendes af øjet, og fremsatte i stedet ideen om, at lys reflekteres i alle retninger i lige linjer fra alle punkter af de observerede objekter. og går så ind i øjet, selvom han ikke rigtigt kunne forklare, hvordan øjet fanger strålerne [17] . Alhazens arbejde blev stort set ignoreret i den arabiske verden, men det blev anonymt oversat til latin omkring 1200 e.Kr. og derefter sammenfattet og udvidet af den polske munk Witelo [18] , hvilket gjorde det til standardteksten om optik i Europa i de næste 400 år.

I middelalderens Europa i det 13. århundrede skrev den engelske biskop Robert Grosseteste om en lang række videnskabelige emner og diskuterede lys fra fire forskellige synsvinkler: lysets epistemologi , lysets metafysik eller kosmogoni , lysets ætiologi eller fysik, og lysets teologi [19] , baseret på Aristoteles og platonismens skrifter. Grossetestes mest berømte elev, Roger Bacon , skrev værker, der citerede en bred vifte af nyligt oversatte værker om optik og filosofi, herunder værker af Alhazen, Aristoteles, Avicenna , Averroes , Euclid, al-Kindi, Ptolemaios, Tideus og Constantine Africanus . Bacon var i stand til at bruge dele af glaskugler som forstørrelsesglas for at demonstrere, at lys reflekteres fra objekter i stedet for at komme fra dem.

De første bærbare briller blev opfundet i Italien omkring 1286 [20] . Dette var begyndelsen på den optiske industri med slibning og polering af linserne til disse "briller", først i Venedig og Firenze i det trettende århundrede, og derefter i brillefremstillingscentrene i Holland og Tyskland [21] . Brillemagere lavede forbedrede typer af linser til synskorrektion baseret mere på empirisk viden opnået ved at observere virkningerne af linser frem for datidens elementære optiske teori (en teori, der for det meste ikke engang kunne forklare, hvordan briller fungerer) [22] [23] . Denne praktiske udvikling, håndværk og eksperimentering med linser førte direkte til opfindelsen af ​​det sammensatte optiske mikroskop omkring 1595 og refraktorteleskopet i 1608, som begge stammer fra brillefremstillingscentre i Holland [24] .

I begyndelsen af ​​det 17. århundrede supplerede Johannes Kepler geometrisk optik i sine skrifter ved at overveje linser, refleksion fra flade og buede spejle, principperne for pinhole-kameraer , den omvendte kvadratlov, der styrer lysintensiteten, og optiske forklaringer på astronomiske fænomener som måne- og solenergi . formørkelser og astronomisk parallakse . Han var også i stand til korrekt at identificere nethindens rolle som det egentlige billedoptagelsesorgan og var endelig i stand til videnskabeligt at kvantificere virkningerne af forskellige typer linser, som brillemagere havde observeret i løbet af de foregående 300 år [25] . Efter opfindelsen af ​​teleskopet lagde Kepler det teoretiske grundlag for, hvordan de fungerede, og beskrev en forbedret version, kendt som Kepler-teleskopet , ved at bruge to konvekse linser for at opnå højere forstørrelse [26] .

Optisk teori udviklede sig i midten af ​​det 17. århundrede med afhandlinger skrevet af filosoffen René Descartes , som forklarede mange optiske fænomener, herunder refleksion og brydning, idet man antog, at lys blev udsendt af de objekter, der skabte det [27] . Dette adskilte sig væsentligt fra den antikke græske teori om stråling . I slutningen af ​​1660'erne og begyndelsen af ​​1670'erne udvidede Isaac Newton Descartes' ideer til en korpuskulær teori om lys , og bestemte, at hvidt lys er en blanding af farver, der kan adskilles i dets bestanddele ved hjælp af et prisme . I 1690 foreslog Christian Huygens en bølgeteori om lys baseret på spekulationerne fra Robert Hooke i 1664. Hooke selv kritiserede offentligt Newtons teorier om lys, og fjendskabet mellem de to varede indtil Hookes død. I 1704 udgav Newton Optics , og på det tidspunkt, delvis på grund af hans fremskridt inden for andre områder af fysikken, blev han generelt betragtet som vinderen i debatter om lysets natur.

Newtonsk optik var generelt accepteret indtil begyndelsen af ​​det 19. århundrede, hvor Thomas Young og Augustin-Jean Fresnel udførte lysinterferenseksperimenter , der fast etablerede lysets bølgenatur. Youngs berømte dobbeltspalte -eksperiment viste, at lys følger princippet om superposition , som er en bølgelignende egenskab, der ikke er forudsagt af Newtons teori om blodlegemer. Dette arbejde førte til fremkomsten af ​​teorien om lysdiffraktion og åbnede et helt område af forskning i fysisk optik [28] . Bølgeoptik blev med succes kombineret med teorien om elektromagnetisme af James Clerk Maxwell i 1860'erne [29] .

Den videre udvikling af optisk teori fandt sted i 1899, da Max Planck korrekt modellerede sort kropsstråling , idet han antog, at udvekslingen af ​​energi mellem lys og stof kun sker i små portioner, som han kaldte kvanta [30] . I 1905 offentliggjorde Albert Einstein teorien om den fotoelektriske effekt, som fast etablerede kvantiseringen af ​​selve lyset [31] [32] . I 1913 viste Niels Bohr , at atomer kun kan udsende energi i fragmenter, og forklarede dermed de diskrete linjer, der observeres i emissions- og absorptionsspektre [ 33] . Forståelsen af ​​samspillet mellem lys og stof, der fulgte disse fremskridt, dannede ikke kun grundlaget for kvanteoptikken, men var også afgørende for udviklingen af ​​kvantemekanikken som helhed. Den ultimative kulmination, teorien om kvanteelektrodynamik , forklarer al optik og elektromagnetiske processer generelt som et resultat af udvekslingen af ​​virkelige og virtuelle fotoner [34] . Kvanteoptikken fik praktisk betydning med opfindelsen af ​​maseren i 1953 og laseren i 1960 [35] .

Efter Paul Diracs arbejde i kvantefeltteori , anvendte George Sudarshan , Roy J. Glauber og Leonard Mandel kvanteteori på det elektromagnetiske felt i 1950'erne og 1960'erne for at få en mere detaljeret forståelse af fotodetektion og lysets statistiske egenskaber .

Karakteristika for lys

Længden af ​​lysbølgen afhænger af bølgens udbredelseshastighed i mediet og er relateret til den og frekvensen med forholdet:

hvor  er mediets brydningsindeks . Generelt er brydningsindekset for et medium en funktion af bølgelængden :. Brydningsindeksets afhængighed af bølgelængden viser sig i form af fænomenet lysspredning .

Lysfunktioner er:

Lysets hastighed

Et universelt begreb i fysik er lysets hastighed . Dens værdi i vakuum er ikke kun den begrænsende hastighed for udbredelse af elektromagnetiske svingninger af enhver frekvens, men generelt også den begrænsende hastighed for udbredelse af information eller enhver påvirkning af materielle genstande. Når lys forplanter sig i forskellige medier , falder lysets fasehastighed normalt: , hvor er mediets brydningsindeks , som karakteriserer dets optiske egenskaber og afhænger af lysets frekvens: . I området med unormal spredning af lys kan brydningsindekset være mindre end en, og lysets fasehastighed er større end . Det sidste udsagn er ikke i modstrid med relativitetsteorien , da transmission af information ved hjælp af lys ikke sker med fase, men som regel med gruppehastighed .

Klassisk optik

I klassisk optik er der to hovedsektioner: geometrisk (eller stråle) optik og fysisk (eller bølge) optik. I geometrisk optik antages lys at bevæge sig langs lige veje, mens lys i bølgeoptik behandles som en elektromagnetisk bølge.

Geometrisk optik kan opfattes som den første tilnærmelse til bølgeoptik, hvilket gælder, når bølgelængden af ​​det anvendte lys er meget mindre end størrelsen af ​​de optiske elementer i det system, der modelleres.

Geometrisk optik

Geometrisk optik , eller stråleoptik , beskriver udbredelsen af ​​lys i form af "stråler", der viser lysets bane, der bevæger sig i lige linjer, og hvis veje er styret af lovene for refleksion og brydning ved grænseflader mellem forskellige medier [37] . Disse love blev etableret empirisk allerede i 984 e.Kr. [11] og er blevet brugt i udviklingen af ​​optiske komponenter og værktøjer fra dengang til i dag. De kan opsummeres som følger:

Når en lysstråle rammer grænsen mellem to transparente materialer, spaltes den i reflekterede og brudte stråler.

Refleksionsloven siger, at den reflekterede stråle ligger i indfaldsplanet, og reflektionsvinklen er lig med indfaldsvinklen. Brydningsloven siger, at den brydte stråle ligger i indfaldsplanet, og sinus for indfaldsvinklen divideret med sinus for brydningsvinklen er en konstant: ,

hvor n  er en konstant for to vilkårlige materialer og en given farve (bølgelængde) af lys. Hvis det første materiale er luft eller vakuum,  er n brydningsindekset for det andet materiale.

Lovene for refleksion og brydning kan udledes af Fermats princip, som siger, at den vej, en lysstråle tilbagelægger mellem to punkter, er den vej, der kan tilbagelægges på kortest tid [38] .

Approksimationer

Geometrisk optik er ofte forenklet ved hjælp af den paraaksiale eller "lille vinkel" tilnærmelse. Så bliver den matematiske opførsel af de mængder, der interesserer os, lineær, hvilket gør det muligt at beskrive optiske komponenter og systemer ved hjælp af simple matricer. Dette fører til metoderne for gaussisk optik og paraaksial strålesporing , som bruges til at bestemme de grundlæggende egenskaber af optiske systemer, såsom den omtrentlige position og forstørrelse af et billede og et objekt [39] .

Refleksioner

Refleksioner kan opdeles i to typer: spejlende refleksion og diffus refleksion . Spekulær refleksion beskriver glansen af ​​overflader såsom spejle, der reflekterer lys på en enkel og forudsigelig måde. Dette giver dig mulighed for at skabe reflekterede billeder, der er forbundet med en faktisk ( virkelig ) eller ekstrapoleret ( virtuel ) placering i rummet. Diffus refleksion beskriver ikke-blanke materialer som papir eller sten. Refleksioner fra disse overflader kan kun beskrives statistisk med en præcis fordeling af det reflekterede lys afhængig af materialets mikroskopiske struktur. Mange diffuse reflektorer er beskrevet af eller kan tilnærmes af Lamberts cosinuslov , som bruges til overflader med samme lysstyrke , når de ses fra enhver vinkel. Blanke overflader kan give både spejlende og diffuse refleksioner.

I spejlende refleksion bestemmes retningen af ​​den reflekterede stråle af den vinkel, hvor den indfaldende stråle danner en normal på overfladen - en linje vinkelret på overfladen i det punkt, hvor strålen falder ind. De indfaldende og reflekterede stråler og normalen ligger i samme plan, og vinklen mellem den reflekterede stråle og normalen til overfladen falder sammen med vinklen mellem den indfaldende stråle og normalen [40] . Denne observation er kendt som loven om refleksion .

For flade spejle indebærer loven om refleksion, at billederne af objekterne er i lodret position og i samme afstand bag spejlet som objekterne foran spejlet. Størrelsen på billedet er den samme som størrelsen på objektet. Loven indebærer også, at spejlbilleder er paritetsinverterede, hvilket af øjet opfattes som en venstre-højre inversion. Billeder dannet som et resultat af refleksion i to (eller et hvilket som helst lige tal) spejle er ikke paritetsinverteret. Hjørnereflektorer skaber reflekterede stråler, der vender tilbage i den retning, hvorfra de indfaldende stråler kom [40] . Denne enhed kaldes en reflektor .

Spejle med buede overflader kan modelleres ved hjælp af ray tracing og ved hjælp af loven om refleksion ved hvert punkt på overfladen. For spejle med parabolske overflader producerer parallelle stråler, der falder ind på spejlet, reflekterede stråler, der konvergerer i et fælles fokus . Andre buede overflader kan også fokusere lys, men med divergerende formaberrationer, der slører fokus i rummet. Især udviser sfæriske spejle sfærisk aberration . Buede spejle kan danne billeder med forstørrelse større end eller mindre end én, og forstørrelsen kan være negativ, hvilket indikerer, at billedet er omvendt. Et lodret billede dannet af en refleksion i et spejl er altid virtuelt, mens et omvendt billede er virkeligt og kan projiceres på en skærm [40] .

Brydning

Brydning opstår, når lys passerer gennem et område af rummet med et ændret brydningsindeks; dette princip gør det muligt at bruge linser til at fokusere lys. Det enkleste tilfælde af brydning opstår, når der er en grænseflade mellem et homogent medium med et brydningsindeks og et andet medium med et brydningsindeks . I sådanne situationer beskriver Snells lov den resulterende afbøjning af lysstrålen:

hvor og  er vinklerne mellem normalen (til grænsefladen) og henholdsvis de indfaldende og brudte stråler [40] .

Et mediums brydningsindeks er relateret til lysets fasehastighed v i dette medium ved relationen

,

hvor c  er lysets hastighed i vakuum .

Snells lov kan bruges til at forudsige afbøjningen af ​​lysstråler, når de passerer gennem et lineært medium, givet dets brydningsindeks og geometri. For eksempel får lysets udbredelse gennem et prisme lysstrålen til at afvige afhængigt af prismets form og orientering. I de fleste materialer afhænger brydningsindekset også af lysets frekvens. Med dette i tankerne kan Snells lov bruges til at forudsige, hvordan et prisme vil opdele lys i et spektrum. Opdagelsen af ​​fænomenet lysets passage gennem et prisme tilskrives Isaac Newton [40] .

Nogle medier har et brydningsindeks, der gradvist ændres med koordinaterne, og derfor er lysstrålernes veje i mediet buede. Denne effekt er især ansvarlig for luftspejlinger observeret på varme dage: ændringen i luftens brydningsindeks med højden får lysstråler til at bøje, hvilket giver udseendet af spejlende refleksioner på afstand (som når de reflekteres fra overfladen af ​​et legeme af vand). Optiske materialer med variable brydningsindeks kaldes materialer med graderet brydningsindeks (GRIN). Sådanne materialer bruges til at fremstille optiske elementer med et gradient brydningsindeks [41] .

For lysstråler, der bevæger sig fra et materiale med et højt brydningsindeks til et materiale med et lavt brydningsindeks, forudsiger Snells lov, at der ikke er nogen vinkel , ved nogle store værdier på . I dette tilfælde er der ingen passage af en lysstråle ind i det andet medium, og alt lyset reflekteres. Dette fænomen kaldes total intern refleksion og tillader brugen af ​​fiberoptisk teknologi. Når lys bevæger sig gennem en optisk fiber, gennemgår det total intern refleksion, hvilket gør det muligt praktisk talt ikke at miste lys langs kablets længde [40] .

Linser

En enhed, der producerer konvergerende eller divergerende lysstråler på grund af brydning, er kendt som en linse . Objektiver er kendetegnet ved deres brændvidde : en konvergerende linse har en positiv brændvidde, og en divergerende linse har en negativ brændvidde. En kortere brændvidde betyder, at objektivet har en stærkere konvergens- eller divergenseffekt. Brændvidden af ​​en simpel linse i luft er givet af linseligningen [42] .

Strålesporing kan bruges til at forklare linsens billeddannelse. For en tynd linse i luft er billedets position givet ved en simpel ligning

,

hvor  er afstanden fra objektet til objektivet,  er afstanden fra objektivet til billedet og  er linsens brændvidde. I den her anvendte tegnkonvention er afstande mellem et objekt og et billede positive, hvis objektet og billedet er på modsatte sider af linsen [42] .

Indkommende parallelle stråler fokuseres af en konvergerende linse til et punkt en brændvidde væk fra linsen, på den anden side af linsen. Dette kaldes objektivets bageste brændpunkt. Stråler fra et objekt i en begrænset afstand fokuserer længere fra linsen end brændvidden; jo tættere objektet er på linsen, jo længere er billedet fra det.

I tilfælde af divergerende linser divergerer indkommende parallelle stråler efter at have passeret gennem linsen på en sådan måde, at de ser ud til at udgå fra et punkt en brændvidde foran linsen. Dette er objektivets forreste brændpunkt. Stråler fra et objekt placeret i en begrænset afstand er forbundet med et virtuelt billede, der er tættere på linsen end fokuspunktet og på samme side af linsen som objektet. Jo tættere objektet er på linsen, jo tættere er det virtuelle billede på det. Som med spejle er de lodrette billeder produceret af en enkelt linse virtuelle, mens de omvendte billeder er ægte [40] .

Linser lider af aberrationer , der forvrænger billedet. Monokromatiske aberrationer opstår, fordi linsens geometri ikke tillader, at strålerne ideelt set kan rettes fra et objektpunkt til et punkt i billedet, mens kromatisk aberration opstår på grund af, at linsens brydningsindeks varierer afhængigt af bølgelængden af lys [40] .

Bølgeoptik

I bølgeoptik anses lys for at forplante sig som en bølge. Denne model forudsiger fænomener som interferens og diffraktion, som ikke forklares ud fra geometrisk optik. Hastigheden af ​​lysbølger i luft er ca. 3,0 × 10 8  m/s (præcis 299.792.458 m/s i vakuum ). Bølgelængden af ​​synligt lys ligger i intervallet 400 til 700 nm , men udtrykket "lys" bruges også ofte om stråling i de infrarøde (0,7-300 mikron) og ultraviolette (10-400 nm) områder af spektret.

Bølgemodellen kan bruges til at forudsige et optisk systems opførsel uden at kræve en forklaring på, hvad der "vibrerer" i hvilket medium. Indtil midten af ​​det 19. århundrede troede de fleste fysikere på et "æterisk" medium, hvor lysforstyrrelser forplanter sig [43] . Eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger blev forudsagt i 1865 af Maxwells ligninger . Disse bølger forplanter sig med lysets hastighed og har forskellige elektriske og magnetiske felter vinkelret på hinanden såvel som i forhold til udbredelsesretningen. Lysbølger behandles nu normalt som elektromagnetiske bølger, undtagen når kvantemekaniske effekter skal tages i betragtning.

Modellering og design af optiske systemer ved hjælp af bølgeoptik

Mange forenklede tilnærmelser er tilgængelige til analyse og design af optiske systemer. De fleste af dem bruger en enkelt skalær størrelse til at repræsentere det elektriske felt af en lysbølge, snarere end en vektormodel med ortogonale elektriske og magnetiske felter [44] . Huygens - Fresnel- ligningen  er en sådan model. Det blev opnået empirisk af Fresnel i 1815 på grundlag af Huygens' hypotese, at hvert punkt på bølgefronten genererer en sekundær sfærisk bølgefront, som Fresnel kombinerede med princippet om bølgesuperposition . Kirchhoff-diffraktionsligningen , som er udledt ved hjælp af Maxwells ligninger, sætter Huygens-Fresnel-ligningen på et mere solidt fysisk grundlag. Eksempler på anvendelser af Huygens-Fresnel-princippet kan findes i artikler om diffraktion og Fraunhofer-diffraktion .

Mere stringente modeller, herunder simulering af en lysbølge ved hjælp af både elektriske og magnetiske felter, er påkrævet, når man arbejder med materialer, hvis elektriske og magnetiske egenskaber påvirker lysets interaktion med materialet. For eksempel er opførselen af ​​en lysbølge, der interagerer med en metaloverflade, meget forskellig fra, hvad der sker, når lys interagerer med et dielektrisk materiale. Vektormodellen bør også bruges til at simulere polariseret lys.

Numeriske simuleringsmetoder såsom finite element -metoden , grænseelementmetoden og matrixmetoden til beskrivelse af transmissionslinjer kan bruges til at modellere lysets udbredelse i systemer, der ikke kan løses analytisk. Sådanne modeller kræver beregning og bruges normalt kun til at løse problemer i lille skala, der kræver nøjagtighed, der overstiger, hvad der kan opnås ved hjælp af analytiske løsninger [45] .

Alle resultater fra geometrisk optik kan rekonstrueres ved hjælp af Fourier-optikmetoder , som er relateret til mange af de samme matematiske og analytiske metoder, der bruges i teknisk akustik og signalbehandling .

Gaussisk stråleudbredelse  er en simpel paraaksial bølgeoptikmodel til udbredelse af kohærent stråling påført laserstråler. Denne metode tager delvist højde for diffraktion, hvilket muliggør præcis beregning af den hastighed, hvormed laserstrålen udvider sig med tilbagelagt afstand, og den minimale størrelse, som strålen kan fokuseres til. Således eliminerer den Gaussiske stråleudbredelsesmetode kløften mellem geometrisk og bølgeoptik [46] .

Superposition og interferens

I fravær af ikke -lineære effekter kan superpositionsprincippet bruges til at forudsige formen af ​​interagerende signaler ved blot at tilføje forstyrrelser. Denne interaktion af bølger for at skabe det resulterende mønster omtales almindeligvis som "interferens" og kan føre til en række forskellige effekter. Hvis to bølger med samme bølgelængde og frekvens er i fase , falder bølgetoppene og dalene sammen. Dette fører til konstruktiv interferens og en stigning i bølgeamplituden, som for lys er forbundet med lynnedslag på dette maksimale punkt. Ellers, hvis to bølger med samme bølgelængde og frekvens er ude af fase, vil bølgetoppene falde sammen med bølgedalerne og omvendt. Dette fører til destruktiv interferens og et fald i bølgeamplituden, som for lys er forbundet med mørkning på dette minimumspunkt. Se en illustration af denne effekt nedenfor [47] .

kombineret
bølgeform
bølge 1
bølge 2
To bølger i fase To bølger
i modfase (180°)

Da Huygens-Fresnel princippet siger, at hvert punkt på bølgefronten er forbundet med skabelsen af ​​en ny forstyrrelse, kan bølgefronten interferere konstruktivt eller destruktivt med sig selv på forskellige punkter i rummet og skabe lyse og mørke bånd med regelmæssige og forudsigelige mønstre [47 ] . Interferometri  er videnskaben om at måle disse strukturer, almindeligvis brugt som et middel til nøjagtigt at bestemme afstande eller vinkelopløsning [48] . Michelson -interferometeret brugte interferenseffekter til nøjagtigt at måle lysets hastighed [49] .

Udseendet af tynde film og belægninger afhænger direkte af interferenseffekter. Antirefleksbelægninger bruger destruktiv interferens for at reducere reflektionsevnen af ​​belagte overflader og kan bruges til at minimere blænding og uønskede refleksioner. Det enkleste tilfælde er en enkeltlagsbelægning med en tykkelse på en fjerdedel af bølgelængden af ​​det indfaldende lys. Så er den reflekterede bølge fra toppen af ​​filmen og den reflekterede bølge fra film/materiale-grænsefladen ude af fase med nøjagtigt 180°, hvilket forårsager destruktiv interferens. Bølgerne er ude af fase for kun én bølgelængde, som normalt vælges til at være nær midten af ​​det synlige spektrum, omkring 550 nm. Mere komplekse designs, der bruger flere lag, kan give lav reflektivitet over et bredt område eller ekstremt lav reflektans ved en enkelt bølgelængde.

Strukturel interferens i tynde film kan skabe stærke refleksioner af lys over en række bølgelængder, der kan være smalle eller brede afhængigt af belægningens design. Disse film bruges til at fremstille dielektriske spejle , interferensfiltre , varmereflektorer og farveseparationsfiltre i farve-tv- kameraer. Denne interferenseffekt er også ansvarlig for de farverige iriserende mønstre på oliepletter [47] .

Diffraktion og optisk opløsning

Diffraktion er den proces, hvorved lysinterferens oftest observeres. Effekten blev først beskrevet i 1665 af Francesco Maria Grimaldi , som også opfandt udtrykket fra det latinske diffringere , "at bryde fra hinanden". Senere i århundredet beskrev Robert Hooke og Isaac Newton også dette fænomen, som nu er kendt som Newtons ringdiffraktion [50], mens James Gregory registrerede sine observationer af fuglefjerdiffraktionsmønstre [51] .

Den første diffraktionsmodel baseret på Huygens-Fresnel-princippet blev udviklet i 1803 af Thomas Young i hans interferenseksperimenter med interferensmønstre af to tætsiddende spalter. Young viste, at hans resultater kun kunne forklares, hvis de to spalter fungerede som to unikke kilder til lysbølger snarere end blodlegemer [52] . I 1815 og 1818 gav Augustin-Jean Fresnel en matematisk beskrivelse af, hvordan bølgeinterferens kunne forklare diffraktion [42] .

De enkleste fysiske modeller af diffraktion bruger ligninger, der beskriver vinkeladskillelsen af ​​lyse og mørke bånd på grund af lys af en bestemt bølgelængde (λ). Generelt tager ligningen formen

hvor  er afstanden mellem de to kilder til bølgefronten (i tilfælde af Youngs eksperimenter var disse to spalter ),  er vinkelafstanden mellem det centrale bånd og båndet af den orden, hvor det centrale maksimum er observeret ved [53] .

Denne ligning er lidt modificeret for at tage højde for forskellige situationer såsom diffraktion gennem en enkelt spalte, diffraktion gennem flere spalter eller diffraktion gennem et diffraktionsgitter , der indeholder et stort antal spalter med samme afstand mellem atomer [53] . Mere komplekse diffraktionsmodeller kræver brug af Fresnel eller Fraunhofer diffraktionsteori [54] .

Røntgendiffraktion udnytter det faktum, at atomer i en krystal er placeret i lige store afstande fra hinanden i størrelsesordenen en ångstrøm . For at se diffraktionsmønstrene føres røntgenstråler med bølgelængder tæt på denne afstand gennem krystallen. Da krystaller er tredimensionelle objekter og ikke todimensionelle gitter, ændres det tilsvarende diffraktionsmønster i to retninger i overensstemmelse med Bragg-refleksion , hvor de tilsvarende lyse pletter optræder i unikke mønstre (for hver krystal) og to gange afstanden mellem atomer [53 ] .

Diffraktionseffekter begrænser en optisk detektors evne til at opløse individuelle lyskilder. Generelt vil lys, der passerer gennem en blænde , opleve diffraktion, og de bedste billeder, der kan produceres (som beskrevet af optikken, når man nærmer sig diffraktionsgrænsen ) fremstår som en central plet med omgivende lyse ringe adskilt af mørke områder; dette mønster er kendt som det luftige mønster , og det centrale lyse område er kendt som luftskiven [42] . Størrelsen af ​​en sådan disk bestemmes af udtrykket

hvor θ  er vinkelopløsningen, λ  er lysets bølgelængde, og D  er linsens blændediameter . Hvis vinkelafstanden mellem to punkter er meget mindre end luftskivens vinkelradius, så kan de to punkter ikke opløses i billedet, men hvis deres vinkelafstand er meget større, dannes separate billeder af de to punkter og kan blive løst. Rayleigh definerede det eksperimentelle " Rayleigh-kriterium ", ifølge hvilket to punkter, hvis vinkeladskillelse er lig med radius af Airy-skiven (målt til det første nul, det vil sige til det første sted, hvor blackout er observeret) kan betragtes som løst. Det kan ses, at jo større objektivets diameter eller dens endelige blændeåbning er, jo skarpere er opløsningen [53] . Astronomisk interferometri , med sin evne til at simulere ekstremt store basisåbninger, giver den højest mulige vinkelopløsning [48] .

Når man bygger astronomiske billeder, opnår atmosfæren ikke optimal opløsning i det synlige spektrum på grund af atmosfærisk spredning og spredning, som forårsager glimt af stjerner. Astronomer omtaler denne effekt som kvaliteten af ​​astronomisk synlighed . Sådanne teknikker, kendt som adaptive optiske teknikker , er blevet brugt til at eliminere atmosfærisk forvrængning i billeder og opnå resultater, der nærmer sig diffraktionsgrænsen.

Spredning og spredning

Brydningsprocesser forekommer inden for anvendelsesområdet for bølgeoptik, hvor lysets bølgelængde ligner andre afstande, som en slags spredning. Den enkleste form for spredning er Thomson-spredning , som opstår, når elektromagnetiske bølger afbøjes af individuelle partikler. I grænsen for Thomson-spredning, hvor lysets bølgende natur er tydelig, spredes lys uafhængigt af frekvens, i modsætning til Compton-spredning , som er frekvensafhængig og er en strengt kvantemekanisk proces, der involverer lysets partikelnatur. I statistisk forstand er den elastiske spredning af lys af adskillige partikler, der er meget mindre end lysets bølgelængde, en proces kendt som Rayleigh-spredning , mens en lignende proces med spredning af partikler med samme eller større bølgelængde er kendt som Mie-spredning , hvilket resulterer i effekten Tyndall . En lille brøkdel af lys spredt af atomer eller molekyler kan gennemgå Raman-spredning , hvor lysets frekvens ændres på grund af excitation af atomerne og molekylerne. Mandelstam-Brillouin spredning opstår, når frekvensen af ​​lys ændres på grund af lokale ændringer i tid og vibrationer af et tæt materiale [55] .

Dispersion opstår, når forskellige frekvenser af det elektromagnetiske spektrum har forskellige fasehastigheder på grund af materialeegenskaber (materialedispersion ) eller optisk bølgeledergeometri ( bølgelederdispersion ) . Den bedst kendte form for dispersion er faldet i brydningsindeks med stigende bølgelængde, som ses i de fleste transparente materialer. Dette fænomen kaldes "normal dispersion." Det observeres i alle dielektriske materialer i de bølgelængdeområder, hvor materialet ikke absorberer lys [56] . I bølgelængdeområder, hvor mediet har betydelig absorption, kan brydningsindekset stige med stigende bølgelængde. Dette fænomen kaldes "anomal spredning" [40] .

Farveadskillelse med et prisme er et eksempel på normal spredning. Ved overfladen af ​​et prisme forudsiger Snells lov, at lys, der falder ind i en vinkel θ i forhold til normalen, vil blive brudt ved en vinkel arcsin (sin(θ)/ n ). Således bøjer blåt lys med sit højere brydningsindeks mere end rødt lys, hvilket resulterer i det velkendte regnbuemønster [ 40] .

Spredningen af ​​et materiale er ofte karakteriseret ved Abbe-tallet , som giver et simpelt mål for spredning baseret på brydningsindekset for tre specifikke bølgelængder. Bølgelederspredningen afhænger af udbredelseskonstanten [42] . Begge typer spredning forårsager ændringer i bølgens gruppekarakteristika, det vil sige bølgepakkens egenskaber, som ændres med samme frekvens som amplituden af ​​den elektromagnetiske bølge. "Gruppehastighedsspredning" vises som en spredning af signal "indhylningen" af stråling og kan kvantificeres ved hjælp af gruppespredningsforsinkelsesparameteren:

hvor  er gruppehastigheden for bølgen [57] . For et homogent medium er gruppehastigheden

hvor n  er brydningsindekset og c  er lysets hastighed i vakuum [58] . Dette giver en enklere form for spredningsforsinkelsesparameteren:

Hvis D er mindre end nul, siges mediet at have positiv varians eller normal varians. Hvis D er større end nul, har mediet negativ spredning . Hvis en lysimpuls forplanter sig gennem et medium med normal spredning, er resultatet, at de højere frekvenskomponenter bremser mere end de lavere frekvenskomponenter. Pulsen bliver således positivt lineært moduleret , eller boost , hvis frekvens stiger med tiden. Dette får lysspektret, der kommer ud af prismet, til at se ud, som om rødt lys er det mindst brudte, og blåt eller violet lys er mest afbøjet. Omvendt, hvis pulsen passerer gennem et medium med unormal (negativ) spredning, rejser højfrekvente komponenter hurtigere end lavfrekvente komponenter, og pulsen bliver negativt lineært moduleret eller nedskiftende , faldende i frekvens med tiden [59] .

Resultatet af spredningen af ​​gruppehastigheden, positiv eller negativ, er i sidste ende spredningen af ​​momentum i tid. Dette gør spredningsstyring ekstremt vigtig i fiberbaserede optiske kommunikationssystemer , fordi hvis spredningen er for høj, vil hver gruppe af impulser, der transmitterer information, spredes ud i tid og smelte sammen, hvilket gør det umuligt at udtrække et nyttigt signal [57] .

Polarisering

Polarisering er en generel egenskab ved bølger, der beskriver orienteringen af ​​deres svingninger. For tværgående bølger, såsom mange elektromagnetiske bølger, beskriver den orienteringen af ​​oscillationerne i et plan vinkelret på bølgeudbredelsesretningen. Oscillationerne kan være orienteret i én retning ( lineær polarisation ), eller retningen af ​​oscillationerne kan rotere, når bølgen udbreder sig ( cirkulær eller elliptisk polarisation ). Bølger med cirkulær polarisering kan rotere til højre eller venstre i forhold til bevægelsesretningen, og hvilken af ​​disse to rotationer der er til stede i bølgen kaldes bølgens chiralitet [ 60] .

En typisk måde at se på polarisering er at spore orienteringen af ​​den elektriske feltvektor , når den elektromagnetiske bølge forplanter sig. Den elektriske feltvektor af en plan bølge kan groft opdeles i to vinkelrette komponenter , mærket x og y (hvor vektoren z angiver bevægelsesretningen). Formen skitseret i xy-planet af den elektriske feltvektor er Lissajous-figuren , som beskriver polarisationstilstanden [42] . De følgende figurer viser nogle eksempler på udviklingen af ​​den elektriske feltvektor (blå) over tid (lodrette akser) på et bestemt punkt i rummet sammen med dens x- og y - komponenter (rød/venstre og grøn/højre) og den sporede sti af vektoren i planet (lilla): den samme afhængighed af tid vil blive observeret, hvis du ser på det elektriske felt på et bestemt tidspunkt, hvor et punkt bevæger sig i rummet i den modsatte retning af bølgeudbredelsen.

Lineær polarisering Cirkulær polarisering Elliptisk polarisering

I figuren yderst til venstre er lysbølgens x- og y-komponenter i fase. I dette tilfælde er forholdet mellem deres størrelser konstant, så retningen af ​​den elektriske vektor (vektorsummen af ​​disse to komponenter) er konstant. Da spidsen af ​​vektoren skitserer en enkelt linje på planet, kaldes dette særlige tilfælde lineær polarisering. Retningen af ​​denne linje afhænger af de relative amplituder af de to komponenter i det elektriske felt [60] .

I den midterste figur har de to ortogonale komponenter ens amplituder og er ude af fase med 90°. I dette tilfælde er en komponent af det elektriske felt nul, når den anden har en maksimal eller minimum amplitude. Der er to mulige faseforhold, der opfylder dette krav: x-komponenten kan være 90° foran y-komponenten, eller den kan være 90° bag y-komponenten. I dette særlige tilfælde skitserer den elektriske vektor en cirkel i planet, så denne polarisering kaldes cirkulær polarisering. Rotationsretningen i cirklen afhænger af, hvilken af ​​de to-fasede relationer der realiseres, og svarer til den højre cirkulære polarisation og venstre cirkulære polarisation [42] .

I alle andre tilfælde, når de to komponenter i det elektriske felt enten ikke har de samme amplituder, og deres faseforskel hverken er nul eller et multiplum af 90°, kaldes polarisationen elliptisk polarisation, fordi den elektriske vektor sporer en ellipse i planet ( polarisationsellipsen ). Dette er vist på figuren til højre. En detaljeret matematisk beskrivelse af polarisationen udføres ved hjælp af Jones-regningen og er karakteriseret ved Stokes-parametrene [42] .

Ændring af polarisering

Medier med forskellige brydningsindekser for forskellige bølgepolariseringer kaldes dobbeltbrydende [60] . Velkendte manifestationer af denne effekt er observeret i optiske bølgeplader (for lineære tilstande) og i Faraday-rotation , optisk rotation (for cirkulære tilstande) [42] . Hvis vejlængden i et dobbeltbrydende medium er tilstrækkelig, vil plane bølger komme ud af materialet med væsentligt ændrede udbredelsesretninger på grund af brydning. Det gælder for eksempel makroskopiske calcitkrystaller , som viser observatøren to ortogonalt polariserede forskudte billeder af alt, hvad der ses gennem dem. Det var denne effekt, der hjalp Erasmus Bartholin med at opdage lysets polarisering i 1669. Derudover er faseforskydningen, og dermed ændringen i polarisationstilstanden, sædvanligvis frekvensafhængig, hvilket kombineret med dikroisme ofte resulterer i lyse farver og iriserende effekter. I mineralogi bruges sådanne egenskaber, kendt som pleochroism , ofte til at identificere mineraler ved hjælp af polariserende mikroskoper. Derudover bliver mange plasttyper, der normalt ikke er dobbeltbrydende, dobbeltbrydende, når de udsættes for mekanisk belastning , hvilket resulterer i fænomenet fotoelasticitet . Teknikker, der ikke bruger dobbeltbrydning til at rotere den lineære polarisering af lysstråler omfatter brugen af ​​prismatiske polarisationsrotatorer , som bruger total intern refleksion i sammensatte prismer designet til effektiv kollineær lystransmission [61] .

Medier, der reducerer amplituden af ​​bølger med en vis polarisering, kaldes dichroic , mens enheder, der blokerer næsten al stråling i en hvilken som helst tilstand, er kendt som polariserende filtre eller blot " polarisatorer ". Malus' lov, opkaldt efter Étienne Louis Malus , siger, at når en ideel polarisator placeres i en lineært polariseret lysstråle, er intensiteten af ​​det lys, der passerer gennem den, givet af

hvor

I 0  - indledende intensitet, og θi er vinklen mellem den indledende lyspolarisationsretning  og polarisatoraksen [60] .

En stråle af upolariseret lys kan tænkes at indeholde en ensartet blanding af lineære polariseringer i alle mulige vinkler. Da gennemsnittet er 1/2, bliver transmittansen

I praksis går noget af lyset tabt i polarisatoren, og den faktiske transmission af upolariseret lys vil være noget lavere end denne værdi, omkring 38 % for polarisatorer af polaroid-typen, men væsentligt højere (> 49,9 %) for nogle typer dobbeltbrydende. prismer [42] .

Ud over dobbeltbrydning og dikroisme i kontinuerlige medier kan polarisationseffekter forekomme ved en (reflekterende) grænse mellem to materialer med forskellige brydningsindekser. Denne effekt beregnes ved hjælp af Fresnel-formlerne . En del af bølgen passerer ind i det andet medium, og en del reflekteres, og dette forhold afhænger af indfaldsvinklen og brydningsvinklen. Bølgeoptik forudsiger således Brewster-vinklen [42] . Når lys reflekteres fra en tynd film på en overflade, kan interferens mellem refleksioner fra filmoverfladerne få reflekteret og transmitteret lys til at polarisere.

Naturligt lys

De fleste kilder til elektromagnetisk stråling indeholder et stort antal atomer eller molekyler, der udsender lys. Orienteringen af ​​de elektriske felter produceret af disse emittere er muligvis ikke korreleret , i hvilket tilfælde lyset siges at være upolariseret . Hvis der er en delvis korrelation mellem emitterne, så siges lyset at være delvist polariseret . Hvis polariseringen er konsistent på tværs af kildens spektrum, kan delvist polariseret lys beskrives som en superposition af en fuldstændig upolariseret komponent og en fuldt polariseret komponent. Man kan så bruge beskrivelsen af ​​lys i forhold til graden af ​​polarisering og parametrene for polarisationsellipsen [42] .

Lys reflekteret fra skinnende gennemsigtige materialer er delvist eller fuldstændig polariseret, undtagen når lyset er rettet vinkelret på overfladen. Det var denne effekt, der gjorde det muligt for matematikeren Étienne Louis Malus at foretage målinger, der gjorde det muligt for ham at udvikle de første matematiske modeller af polariseret lys. Polarisering kan forekomme, når lyset spredes i atmosfæren . Diffuseret lys skaber lysstyrken og farven på en klar himmel . Denne delvise polarisering af spredt lys kan udnyttes ved at bruge polariserende filtre til at gøre himlen mørkere på fotografier . Optisk polarisering er af fundamental betydning i kemi på grund af den cirkulære dikroisme og optiske rotation (" cirkulær dobbeltbrydning ") udvist af optisk aktive ( chirale ) molekyler [42] .

Moderne optik

Moderne optik dækker optik og teknik, der blev populære i det 20. århundrede. Disse områder af optik er normalt beskæftiget med lysets elektromagnetiske eller kvanteegenskaber, men omfatter også andre emner. Den vigtigste undersektion af moderne optik er kvanteoptik , som overvejer lysets kvantemekaniske egenskaber. Kvanteoptik er ikke kun en teori; Betjeningen af ​​nogle moderne enheder, såsom lasere, er baseret på de driftsprincipper, der er udforsket i kvantemekanikken. Lysdetektorer som fotomultiplikatorer og kantroner bruges til at detektere individuelle fotoner. Elektroniske billedsensorer , såsom CCD'er , udviser skudstøj i overensstemmelse med statistikken for individuelle fotonhændelser. Principperne for drift af LED'er og fotovoltaiske celler kan heller ikke forstås uden at bruge kvantemekanikkens apparat. Når man studerer disse enheder, krydser kvanteoptik ofte kvanteelektronik [62] .

Særlige områder af optisk forskning omfatter undersøgelsen af, hvordan lys interagerer med specifikke materialer såsom krystaloptik og metamaterialeoptik . Anden forskning fokuserer på fænomenologien af ​​elektromagnetiske bølger i singular optik , ikke-billeddannende optik , ikke-lineær optik , statistisk optik og radiometri . Derudover har computeringeniører vist interesse for integreret optik , maskinsyn og fotonisk databehandling som mulige komponenter i "næste generation" computere [63] .

I dag kaldes den rene videnskab om optik optisk videnskab eller atom- og molekylfysik for at skelne den fra de anvendte optiske videnskaber, som kaldes ingeniøroptik . Større områder inden for optisk teknik omfatter lysteknik , fotonik og optoelektronik med praktiske anvendelser såsom linsedesign , fremstilling og test af optiske komponenter og billedbehandling . Nogle af disse områder overlapper hinanden, med slørede grænser mellem fagudtryk, der betyder lidt forskellige ting i forskellige dele af verden og i forskellige brancher. Det professionelle fællesskab af forskere inden for ikke-lineær optik er blevet dannet i løbet af de sidste par årtier på grund af fremskridt inden for laserteknologi [64] .

Lasere

En laser er en enhed, der udsender lys, en slags elektromagnetisk stråling, gennem en proces kaldet stimuleret emission . Udtrykket " laser" er en forkortelse af engelsk engelsk.  Lysforstærkning ved stimuleret emission af stråling [ 65 ] . Laserlys er typisk rumligt sammenhængende , hvilket betyder, at lyset enten udsendes i en smal , lavdivergensstråle eller kan strålekonverteres ved hjælp af optiske komponenter såsom linser. Fordi mikrobølgeækvivalenten til en laser, maseren, blev udviklet først, omtales enheder, der udsender mikrobølge- og radiofrekvenser , almindeligvis som masere .

Den første fungerende laser blev demonstreret den 16. maj 1960 af Theodor Maiman på Hughes Research Laboratories [67] . Da de først blev opfundet, blev de kaldt "løsning på udkig efter et problem" [68] . Siden da er lasere blevet en multi-milliard dollar industri med tusindvis af applikationer i en lang række applikationer. Den første anvendelse af lasere, der er synlige i den almindelige befolknings daglige liv, var supermarkedets stregkodescanner , der blev introduceret i 1974. Laserdisc-afspilleren , der blev introduceret i 1978, var det første succesrige forbrugerprodukt, der inkluderede en laser, men cd-afspilleren var den første laserudstyrede enhed, der blev virkelig almindelig i forbrugerhjem fra 1982 [69] . Disse optiske lagerenheder bruger en halvlederlaser mindre end en millimeter bred til at scanne overfladen af ​​disken for at læse dataene. Fiberoptisk kommunikation er baseret på brugen af ​​lasere til at transmittere store mængder information med en hastighed, der kan sammenlignes med lysets hastighed. Andre almindelige anvendelser for lasere omfatter laserprintere og laserpointere . Lasere bruges i medicin inden for områder som blodløs kirurgi , laser øjenkirurgi , laser immersive mikrodissektion og i militære applikationer såsom missilforsvarssystemer , elektro-optiske modforanstaltninger (EOCM) og lidarer . Lasere bruges også i hologrammer , lasergrafik , laserlysshows og laserhårfjerning [70] .

Kapitza-Dirac-effekt

Kapitza -Dirac- effekten får partikelstråler til at diffraktere som et resultat af at møde en stående bølge af lys. Lysstråler kan bruges til at positionere stofpartikler gennem forskellige fænomener (se optisk pincet ).

Ansøgninger

Optik er en del af hverdagen. Allestedsnærværelsen af ​​visuelle systemer i biologi peger på optikkens centrale rolle som videnskaben om en af ​​de fem sanser . Mange mennesker har gavn af briller eller kontaktlinser , og optik er en integreret del af mange forbrugerprodukters funktion, herunder kameraer . Regnbuer og luftspejlinger er eksempler på optiske fænomener. Optisk kommunikation danner grundlaget for både internettet og moderne telefoni .

Det menneskelige øje

Det menneskelige øje fokuserer lyset på et lag af fotoreceptorceller kaldet nethinden, som danner den indre overflade af øjets bagside. Fokusering udføres af en række transparente materialer. Lys, der kommer ind i øjet, passerer først gennem hornhinden, som giver det meste af øjets optiske kraft. Lyset passerer derefter gennem væsken lige bag hornhinden, ind i det forreste kammer og passerer derefter gennem pupillen . Lyset passerer derefter gennem en linse , som yderligere fokuserer lyset og gør det muligt at justere fokus. Lyset passerer derefter gennem hovedparten af ​​væsken i øjet, glaslegemet  , og når nethinden. Nethindeceller dækker bagsiden af ​​øjet bortset fra udgangen af ​​synsnerven; dette fører til eksistensen af ​​en blind plet .

Der er to typer fotoreceptorceller, stænger og kegler, som er følsomme over for forskellige aspekter af lys [71] . Stangceller er følsomme over for lysintensitet over en bred vifte af frekvenser og er derfor ansvarlige for sort/hvidt syn . Stangceller er ikke til stede i fovea, den region af nethinden, der er ansvarlig for centralt syn, og er ikke så følsomme som kegleceller over for rumlige og tidsmæssige ændringer i lys. Der er dog tyve gange flere stavceller i nethinden, end der er kogler, fordi stavcellerne er placeret over et større område. På grund af hvad er stængerne ansvarlige for perifert syn [72] .

I modsætning hertil er kegler mindre følsomme over for den samlede lysintensitet, men der er tre varianter, der er følsomme over for forskellige frekvensområder og derfor bruges til farveopfattelse og fotopisk syn . Kegleceller er stærkt koncentrerede i fovea og er ansvarlige for høj synsstyrke, hvilket betyder, at de har bedre rumlig opløsning end stænger. Da kegler ikke er så følsomme over for svagt lys som stænger, er stængerne ansvarlige for det meste nattesyn . På samme måde, da keglecellerne er i fovea, udføres centralt syn (inklusive synet, der er nødvendigt for at læse, arbejde med små detaljer såsom syning eller omhyggeligt at undersøge genstande) af keglerne [72] .

Ciliarmusklerne omkring linsen giver dig mulighed for at justere øjets fokus. Denne proces er kendt som indkvartering . Nærpunktet og det fjerneste punkt bestemmer de nærmeste og fjerne afstande fra øjnene, hvor objektet kan ses i fokus. For en person med normalt syn er det fjerneste punkt ved uendelig (horisont). Placeringen af ​​det nærmeste punkt afhænger af, hvor meget musklerne kan øge linsens krumning, og hvor ufleksibel linsen er blevet med alderen. Optometrister , øjenlæger og optikere anser generelt det passende lukkepunkt for at være tættere på end den normale læseafstand på cirka 25 cm [71] .

Visuelle defekter kan forklares ved hjælp af optiske principper. Når vi bliver ældre, bliver linsen mindre fleksibel, og det nære punkt bevæger sig væk fra øjet, en tilstand kendt som presbyopi . Ligeledes er mennesker, der lider af langsynethed , ikke i stand til at reducere brændvidden af ​​deres linser til det punkt, hvor nærliggende genstande vises på deres nethinder. Omvendt lider personer, der ikke kan øge brændvidden af ​​deres linser i en sådan grad, at fjerne objekter vises på nethinden, af nærsynethed og har et langt punkt, der er meget tættere på end uendelig (horisont). Tilstanden, kendt som astigmatisme , opstår, når hornhinden ikke er sfærisk, men buer mere i én retning. Dette får horisontalt aflange objekter til at fokusere på andre dele af nethinden end de dele, som billedet af vertikalt aflange objekter er fokuseret på, hvilket resulterer i billedforvrængning [71] .

Alle disse forhold kan korrigeres med korrigerende linser . Ved alderssynethed og langsynethed giver den konvergerende linse den ekstra krumning, der er nødvendig for at bringe nærpunktet tættere på øjet, mens den divergerende linse ved nærsynethed giver den krumning, der er nødvendig for at sende det fjerne punkt til det uendelige. Astigmatisme korrigeres med en cylindrisk linse , der buer mere i den ene retning end i den anden for at kompensere for uregelmæssigheder i hornhinden [73] .

Den optiske kraft af korrigerende linser måles i dioptrier , det vil sige den gensidige af brændvidden målt i meter; med en positiv brændvidde svarende til en konvergerende linse og en negativ brændvidde svarende til en divergerende linse. For linser, der også korrigerer for astigmatisme, er der givet tre tal: et for sfærisk kraft, et for cylindrisk kraft og et for orienteringsvinklen for astigmatismen [73] .

Visuel effekt

Optiske illusioner (også kaldet visuelle illusioner) er karakteriseret ved visuelt opfattede billeder, der adskiller sig fra den objektive virkelighed. Den information, som øjet indsamler, behandles i hjernen og opfattes som forskellig fra det viste objekt. Optiske illusioner kan skyldes en række forskellige fænomener, herunder fysiske effekter, der skaber billeder, der er forskellige fra de objekter, der skaber dem, de fysiologiske virkninger af overstimulering på øjne og hjerne (f.eks. lysstyrke, hældning, farve, bevægelse) og kognitiv illusioner, hvor øjet og hjernen drager ubevidste konklusioner [74] .

Kognitive illusioner er resultatet af den ubevidste fejlanvendelse af visse optiske principper. For eksempel er Ames-rummet , Herings , Müller-Lyers , Orbisons , Ponzos , Sanders og Wundts illusioner baseret på antagelsen om, at afstand optræder med konvergerende og divergerende linjer, ligesom parallelle lysstråler (eller selv ethvert sæt parallelle linjer) ser ud til at konvergere til et forsvindingspunkt i det uendelige i 2D-billeder med kunstnerisk perspektiv [75] . Denne antagelse er også ansvarlig for den berømte måneillusion , hvor månen, på trods af at den har næsten samme vinkelstørrelse, virker meget større nær horisonten end i zenit [76] . Denne illusion forvirrede Ptolemæus så meget , at han fejlagtigt tilskrev den atmosfærisk brydning, da han beskrev det i sin afhandling Optik [8] .

En anden type optisk illusion bruger defekte mønstre til at narre sindet til at opfatte symmetrier eller asymmetrier, der ikke er der. Eksempler inkluderer cafevæggen , Zöllner- , Ehrenstein- , Fraser- og Poggendorff- illusionerne . Lignende, men ikke strengt taget illusioner, er de regelmæssigheder, der opstår ved overlejring af periodiske strukturer. For eksempel skaber gennemsigtige stoffer med en gitterstruktur former kendt som moiré-mønstre , mens overlejring af periodiske gennemsigtige mønstre indeholdende parallelle uigennemsigtige linjer eller kurver resulterer i lineære moiré- mønstre [77] .

Optiske instrumenter

Enkelte linser har mange anvendelser, herunder fotografiske linser , korrigerende linser og forstørrelsesglas, mens enkelte spejle bruges i parabolske reflektorer og bakspejle . Ved at kombinere flere spejle, prismer og linser produceres sammensatte optiske instrumenter, der har praktiske anvendelser. For eksempel er et periskop  simpelthen to flade spejle, der er justeret, så du kan se dine omgivelser bag en forhindring. De mest berømte sammensatte optiske instrumenter i videnskaben er mikroskopet og teleskopet, som blev opfundet af hollænderne i slutningen af ​​det 16. århundrede [78] .

Mikroskoper blev først designet med to linser: en objektivlinse og et okular . Objektivet er i det væsentlige et forstørrelsesglas og havde en meget kort brændvidde, mens et okular normalt har en længere brændvidde. Dette resulterer i forstørrede billeder af objekter i nærheden. Typisk bruges en ekstra lyskilde, da forstørrede billeder er svagere på grund af energibesparelse og spredning af lysstråler over et større overfladeareal. Moderne mikroskoper, kendt som sammensatte mikroskoper, har flere linser (normalt fire) for at optimere funktionaliteten og forbedre billedstabiliteten [78] . En lidt anderledes slags mikroskop, sammenligningsmikroskopet , undersøger billeder i nærheden for at skabe et stereoskopisk kikkertbillede , der fremstår tredimensionelt, når det bruges af mennesker [79] .

De første teleskoper, kaldet refraktive teleskoper, blev også designet med et enkelt objektiv og en okularlinse. I modsætning til et mikroskop har objektivet i et teleskop en lang brændvidde for at undgå optiske aberrationer. Objektivet fokuserer billedet af et fjernt objekt ved dets brændpunkt, som er justeret til at være i fokus for et okular med en meget kortere brændvidde. Hovedformålet med et teleskop er ikke nødvendigvis at forstørre, men derimod at opsamle lys, som er bestemt af den fysiske størrelse af objektivlinsen. Således omtales teleskoper normalt ved diameteren af ​​deres objektiver, ikke ved forstørrelsen, som kan ændres ved at skifte okularer. Da forstørrelsen af ​​et teleskop er lig med objektivets brændvidde divideret med okularets brændvidde, vil okularer med kortere brændvidde forårsage større forstørrelse [78] .

Da det er meget vanskeligere at lave store linser end at lave store spejle, er de fleste moderne teleskoper reflekterende teleskoper (reflektorer) , det vil sige teleskoper, der bruger et primært spejl frem for en objektivlinse. De samme generelle geometriske optiske overvejelser gør sig gældende for reflekterende teleskoper, som er blevet anvendt på refraktive teleskoper, nemlig at jo større hovedspejlet er, jo mere lys opsamles der, og forstørrelsen er stadig lig med brændvidden af ​​hovedspejlet divideret med brændvidden længden af ​​okularet. Professionelle teleskoper har normalt ikke okularer, og i stedet placeres et instrument (ofte en CCD ) i brændpunktet [78] .

Fotografering

Fotograferingens optik omfatter både linser og det medium, hvori synlig stråling optages, hvad enten det er en plade , en film eller en ladningskoblet enhed. Fotografer skal tage hensyn til kameraets og billedets gensidighed , hvilket udtrykkes ved forholdet

Eksponering ∝ Blændeområde × Eksponeringstid × Scenelysstyrke [80]

Med andre ord, jo mindre blænde (hvilket giver større dybde af fokus), jo mindre lys kommer der ind, så tidsvarigheden skal øges (hvilket fører til mulig bevægelsessløring). Et eksempel på brugen af ​​gensidighedsloven er F/16-reglen , som giver et groft skøn over de indstillinger, der er nødvendige for at estimere korrekt eksponering i dagslys [81] .

Et kameras blænde måles ved et dimensionsløst tal kaldet f -tallet (relativ blænde), ofte betegnet som , og er givet af

hvor  er brændvidden og  er blændediameteren. Efter konvention behandles "f/#" som et enkelt tegn, og specifikke f/#-værdier skrives ved at erstatte pundtegnet med den tilsvarende værdi. Blændeforøgelse kan opnås ved at formindske diameteren af ​​indgangspupillen eller øge brændvidden (i tilfælde af et zoomobjektiv kan dette gøres blot ved at justere objektivet). Højere f-tal har også større dybdeskarphed på grund af, at objektivet nærmer sig grænsen for pinhole-kameraet, som er i stand til perfekt at fokusere alle billeder uanset afstand, men kræver meget lange eksponeringstider [82] .

Synsfeltet, som objektivet vil give, varierer afhængigt af objektivets brændvidde. Der er tre hovedklassifikationer baseret på forholdet mellem filmdiagonalstørrelse eller kamerasensorstørrelse og objektivets brændvidde [83] .

  • Normal linse : En synsvinkel på omkring 50° (kaldet normal , fordi denne vinkel anses for at være nogenlunde ækvivalent med menneskets syn [83] ) og brændvidden er cirka diagonalen af ​​filmen eller sensoren [84] .
  • Vidvinkelobjektiv : En synsvinkel på mere end 60° og en kortere brændvidde end et konventionelt objektiv [85] .
  • Teleobjektiv : Synsvinklen er smallere end på et konventionelt objektiv. Dette er ethvert objektiv med en brændvidde længere end diagonalen af ​​filmen eller sensoren [86] . Den mest almindelige type teleobjektiv er teleobjektivet , som bruger en speciel teleobjektivgruppe, der er fysisk kortere end dens brændvidde [87] .

Moderne zoomobjektiver kan have nogle eller alle disse egenskaber.

Den absolutte værdi af den nødvendige eksponeringstid afhænger af, hvor lysfølsomt det anvendte medium er (målt ved filmens lysfølsomhed eller, for digitale medier, kvanteeffektiviteten af ​​detektoren) [88] . Tidlig fotografering brugte materialer med meget lav lysfølsomhed, så eksponeringstiderne skulle være lange selv for meget lyse billeder. Efterhånden som teknologien blev forbedret, blev følsomheden af ​​film og digitale kameraer også forbedret [89] .

Andre resultater af bølge- og geometrisk optik er anvendelige til kameraoptik. For eksempel er den maksimale opløsning af en bestemt kameraopsætning bestemt af diffraktionsgrænsen forbundet med blændestørrelsen og groft sagt Rayleigh-kriteriet [90] .

Atmosfærisk optik

Atmosfærens unikke optiske egenskaber giver anledning til en lang række imponerende optiske fænomener. Himlens blå farve er et direkte resultat af Rayleigh-spredning, som omdirigerer højere frekvens sollys (blåt) tilbage til observatørens synsfelt. Fordi blåt lys spredes lettere end rødt lys, antager solen en rødlig nuance, når den ses gennem en tæt atmosfære, såsom under solopgang eller solnedgang . Yderligere partikler i atmosfæren kan sprede forskellige farver i forskellige vinkler og skabe farverige glødende himmel ved skumring og daggry. Spredning af iskrystaller og andre partikler i atmosfæren er årsagen til glorier , efterlys , koronas , sollys og parhelion . Forskelle i fænomener af denne art skyldes forskellige partikelstørrelser og geometrier [91] .

Mirages er optiske fænomener, hvor lysstråler bøjes på grund af temperaturændringer i luftens brydningsindeks, hvilket skaber forskudte eller stærkt forvrængede billeder af fjerne objekter. Andre dramatiske optiske fænomener forbundet med dette inkluderer New Earth-effekten, hvor solen ser ud til at stå op tidligere end forudsagt med en forvrænget form. Den spektakulære form på grund af brydning opstår i en temperaturinversion kaldet Fata Morgana , når objekter i horisonten eller endda ud over horisonten, såsom øer, klipper, skibe eller isbjerge, fremstår aflange og forhøjede, som "eventyrslotte" [92] .

En regnbue er resultatet af en kombination af intern refleksion og spredt brudt lys i regndråber. En enkelt refleksion fra bagsiden af ​​mange regndråber skaber en regnbue på himlen med en vinkelstørrelse på 40° til 42° med rød på ydersiden. En dobbelt regnbue er skabt af to indre refleksioner, der spænder fra 50,5° til 54° med lilla på ydersiden. Da en regnbue er synlig, når solen er 180° fra midten af ​​regnbuen, er regnbuen mere synlig, jo tættere solen er på horisonten [60] .

Se også

Noter

 

  1. ↑ McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology. — 5. - McGraw-Hill, 1993.
  2. ↑ Verdens ældste teleskop? , BBC News  (1. juli 1999). Arkiveret fra originalen den 1. februar 2009. Hentet 3. januar 2010.
  3. ↑ T.F. Hoved. The Concise Oxford Dictionary of English Etymology . - 1996. - ISBN 978-0-19-283098-2 .
  4. ↑ A History Of The Eye Arkiveret fra originalen den 20. januar 2012. . stanford.edu. Hentet 2012-06-10.
  5. ↑ TL Hede. En manual for græsk matematik. — Courier Dover Publications, 2003. — S. 181–182. — ISBN 978-0-486-43231-1 .
  6. ↑ William R. Uttal. Visuel formdetektion i 3-dimensionelt rum. - Psychology Press, 1983. - S. 25–. — ISBN 978-0-89859-289-4 .
  7. ↑ Euklid. Den arabiske version af Euklids optik = Kitāb Uqlīdis fī ikhtilāf al-manāẓir . - New York: Springer, 1999. - ISBN 978-0-387-98523-7 .
  8. ↑ 12 Ptolemæus . Ptolemæus' teori om visuel perception: en engelsk oversættelse af optikken med introduktion og kommentarer. - DIANE Publishing, 1996. - ISBN 978-0-87169-862-9 .
  9. ↑ Verma, R. L. (1969), Al-Hazen: fader til moderne optik , Al-Arabi bind 8: 12–3, PMID 11634474 
  10. ↑ Adamson, Peter (2006). "Al-Kindi¯ og modtagelsen af ​​græsk filosofi". I Adamson, Peter; Taylor, R. Cambridge-ledsageren til arabisk filosofi. Cambridge University Press. s. 45. ISBN 978-0-521-52069-0 .
  11. ↑ 1 2 Rashed, Roshdi (1990). "En pioner inden for anaklastik: Ibn Sahl om brændende spejle og linser". Isis . 81 (3): 464-491. DOI : 10.1086/355456 .
  12. ↑ The Enterprise of Science in Islam: New Perspectives . — MIT Press, 2003. — S.  85–118 . - ISBN 978-0-262-19482-2 .
  13. ↑ G. Hatfield. Tradition, Transmission, Transformation: Proceedings of Two Conferences on Pre-modern Science afholdt ved University of Oklahoma  / FJ Ragep; P. Sally; SJ Livesey. - Brill Publishers, 1996. - S. 500. - ISBN 978-90-04-10119-7 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  14. ↑ Nader El-Bizri (2005). "Et filosofisk perspektiv på Alhazens optik" . Arabiske videnskaber og filosofi . 15 (2): 189-218. DOI : 10.1017/S0957423905000172 .
  15. ↑ Nader El-Bizri (2007). "Til forsvar for filosofiens suverænitet: al-Baghdadis kritik af Ibn al-Haythams geometrisering af stedet" . Arabiske videnskaber og filosofi . 17 :57-80. DOI : 10.1017/S0957423907000367 .
  16. ↑ G. Simon (2006). "Blikket i Ibn al-Haytham". Middelalderhistorisk Tidsskrift . 9 :89-98. DOI : 10.1177/097194580500900105 .
  17. ↑ Ian P. Howard. Kikkertsyn og Stereopsis  / Ian P. Howard, Brian J. Rogers. - Oxford University Press, 1995. - S. 7. - ISBN 978-0-19-508476-4 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  18. ↑ Elena Agazzi. Repræsenterer lys på tværs af kunst og videnskab: teorier og praksis  / Elena Agazzi, Enrico Giannetto, Franco Giudice. - V&R unipress GmbH, 2010. - S. 42. - ISBN 978-3-89971-735-8 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  19. ↑ DC Lindberg, Theories of Vision fra al-Kindi til Kepler , (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), s. 94-99.
  20. ↑ Vincent, Ilardi. Renæssancesyn fra briller til teleskoper . — Philadelphia, PA: American Philosophical Society, 2007. — S.  4-5 . — ISBN 978-0-87169-259-7 .
  21. ↑ Henry C. King. Teleskopets historie. - Courier Dover Publications, 2003. - ISBN 978-0-486-43265-6 .
  22. ↑ Paul S. Agutter. At tænke på livet: Biologiens og andre videnskabers historie og filosofi. - Springer, 2008. - ISBN 978-1-4020-8865-0 .
  23. ↑ Ilardi, Vincent. Renæssancesyn fra briller til teleskoper . - American Philosophical Society, 2007. - ISBN 978-0-87169-259-7 .
  24. ↑ Watson, Fred. Stargazer: The Life and Times of the Telescope. - Allen & Unwin, 2007. - ISBN 978-1-74175-383-7 .
  25. ↑ Ilardi, Vincent. Renæssancesyn fra briller til teleskoper . - American Philosophical Society, 2007. - S.  244 . — ISBN 978-0-87169-259-7 .
  26. ↑ Caspar, Kepler , s. 198-202 Arkiveret {{{2}}}. , Courier Dover Publications, 1993, ISBN 0-486-67605-6 .
  27. ↑ A.I. Sabra. Teorier om lys, fra Descartes til Newton. - CUP Arkiv, 1981. - ISBN 978-0-521-28436-3 .
  28. ↑ WF Magie. En kildebog i fysik . — Harvard University Press, 1935.
  29. ↑ J. C. Maxwell (1865). "En dynamisk teori om det elektromagnetiske felt". Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 155 : 459-512. Bibcode : 1865RSPT..155..459C . DOI : 10.1098/rstl.1865.0008 .
  30. ↑ For en solid tilgang til kompleksiteten af ​​Plancks intellektuelle bevæggrunde for kvantumet, for hans modvillige accept af dets implikationer, se H. Kragh, Max Planck: the reluctant revolutionary Archived 1 April 2012 at the Wayback Machine , Physics World . december 2000.
  31. ↑ Einstein, A. Om et heuristisk synspunkt vedrørende produktion og transformation af lys // The Old Quantum Theory . - Pergamon, 1967. - S.  91-107 . Kapitlet er en engelsk oversættelse af Einsteins papir fra 1905 om den fotoelektriske effekt.
  32. ↑ Einstein, A. (1905). "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt". Annalen der Physik [ tysk ] ]. 322 (6): 132-148. Bibcode : 1905AnP...322..132E . DOI : 10.1002/ogp.19053220607 .
  33. ↑ "Om opbygningen af ​​atomer og molekyler" . Filosofisk tidsskrift . 26, serie 6: 1-25. 1913. Arkiveret fra originalen 2007-07-04 . Hentet 2021-06-30 . Forældet parameter brugt |deadlink=( hjælp ). Det skelsættende papir, der lægger Bohr-modellen af ​​atomet og molekylær binding .
  34. ↑ R. Feynman. Kapitel 1 // QED: Den mærkelige teori om lys og stof. - Princeton University Press, 1985. - ISBN 978-0-691-08388-9 .
  35. ↑ N. Taylor. LASER: Opfinderen, nobelpristageren og den trediveårige patentkrig. - Simon & Schuster, 2000. - ISBN 978-0-684-83515-0 .
  36. ↑ Anvendes i geometrisk optik tilnærmelse
  37. ↑ Ariel Lipson. Optisk fysik  / Ariel Lipson, Stephen G. Lipson, Henry Lipson. - Cambridge University Press, 28. oktober 2010. - S. 48. - ISBN 978-0-521-49345-1 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  38. ↑ Arthur Schuster. En introduktion til teorien om optik . - E. Arnold, 1904. - S.  41 .
  39. ↑ JE Greivenkamp. Feltvejledning til geometrisk optik. SPIE Field Guides vol. FG01 . - SPIE, 2004. - S. 19–20. - ISBN 978-0-8194-5294-8 .
  40. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ung. Universitetsfysik: Udvidet version med moderne fysik . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 .
  41. ↑ Marchand, E. W. Gradient Index Optics . - New York: Academic Press, 1978.
  42. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 E. Hecht. Optik . — 2. - Addison Wesley, 1987. - ISBN 978-0-201-11609-0 . kapitel 5 og 6.
  43. ↑ M.V. Klein & T.E. Furtak, 1986, Optics, John Wiley & Sons, New York ISBN 0-471-87297-0 .
  44. ↑ M. Born og E. Wolf (1999). Optikprincip . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-64222-1 .
  45. ↑ J. Goodman. Introduktion til Fourier-optik . — 3. - Roberts & Co Publishers, 2005. - ISBN 978-0-9747077-2-3 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  46. ↑ A.E. Siegman. lasere . - University Science Books, 1986. - ISBN 978-0-935702-11-8 . kapitel 16.
  47. ↑ 1 2 3 H.D. Ung. Universitetets fysik 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitel 37
  48. ↑ 1 2 P. Hariharan. Optisk interferometri . - Academic Press, 2003. - ISBN 978-0-12-325220-3 . Arkiveret 6. april 2008 på Wayback Machine
  49. ↑ ER Hoover. Storhedens vugge: Nationale og globale præstationer i Ohio's Western Reserve. - Shaker Savings Association, 1977.
  50. ↑ R. Hook. Mikrografi: eller nogle fysiologiske beskrivelser af små kroppe lavet med forstørrelsesglas . - J. Martyn og J. Allestry, 1665. - ISBN 978-0-486-49564-4 .
  51. ↑ H. W. Turnbull (1940–1941). "Tidlige skotske forhold til Royal Society: I. James Gregory, FRS (1638-1675)". Noter og optegnelser fra Royal Society of London . 3 :22-38. DOI : 10.1098/rsnr.1940.0003 .
  52. ↑ T. Rothman . Alt er relativt og andre fabler inden for videnskab og teknologi . - Wiley, 2003. - ISBN 978-0-471-20257-8 .
  53. ↑ 1 2 3 4 H.D. Ung. Universitetets fysik 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitel 38
  54. ↑ RS Longhurst. Geometrisk og fysisk optik, 2. udgave. - Longmans, 1968.
  55. ↑ C. F. Bohren. Absorption og spredning af lys af små partikler / CF Bohren, DR Huffman. - Wiley, 1983. - ISBN 978-0-471-29340-8 .
  56. ↑ JD Jackson. Klassisk elektrodynamik . — 2. - Wiley, 1975. - S.  286 . - ISBN 978-0-471-43132-9 .
  57. ↑ 1 2 R. Ramaswami. Optiske netværk: Et praktisk perspektiv  / R. Ramaswami, KN Sivarajan. - London: Academic Press, 1998. - ISBN 978-0-12-374092-2 . Arkiveret 10. maj 2021 på Wayback Machine
  58. ↑ Brillouin, Leon. Bølgeudbredelse og gruppehastighed . Academic Press Inc., New York (1960)
  59. ↑ M. Født . Optikprincip  / M. Born, E. Wolf. - Cambridge: Cambridge University Press, 1999. - S.  14-24 . - ISBN 978-0-521-64222-4 .
  60. ↑ 1 2 3 4 5 H.D. Ung. Universitetets fysik 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitel 34
  61. ↑ FJ Duarte. Afstembar laseroptik . - CRC, 2015. - ISBN 978-1-4822-4529-5 . Arkiveret 2. april 2015 på Wayback Machine
  62. ↑ D.F. Walls og G.J. Milburn Quantum Optics (Springer 1994)
  63. ↑ Alastair D. McAulay. Optiske computerarkitekturer: anvendelse af optiske koncepter til næste generation af computere . - Wiley, 16. januar 1991. - ISBN 978-0-471-63242-9 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  64. ↑ YR Shen. Principperne for ikke-lineær optik. - New York, Wiley-Interscience, 1984. - ISBN 978-0-471-88998-4 .
  65. ↑ laser . reference.com. Hentet 15. maj 2008. Arkiveret fra originalen 31. marts 2008.
  66. ↑ VLT's kunstige stjerne , Ugens billede fra ESO . Arkiveret fra originalen den 3. juli 2014. Hentet 25. juni 2014.
  67. ↑ CH Townes. Den første laser . University of Chicago. Hentet 15. maj 2008. Arkiveret fra originalen 17. maj 2008.
  68. ↑ CH Townes . Den første laser // A Century of Nature: Enogtyve opdagelser, der ændrede videnskaben og verden  / Laura Garwin ; Tim Lincoln. — University of Chicago Press, 2003. — S.  107–112 . - ISBN 978-0-226-28413-2 .
  69. ↑ Sådan blev cd'en udviklet , BBC News  (17. august 2007). Arkiveret fra originalen den 7. januar 2012. Hentet 17. august 2007.
  70. ↑ J. Wilson. Lasere: Principper og anvendelser, Prentice Hall International Series in Optoelectronics / J. Wilson, JFB Hawkes. - Prentice Hall, 1987. - ISBN 978-0-13-523697-0 .
  71. ↑ 1 2 3 D. Atchison. Optik af det menneskelige øje / D. Atchison, G. Smith. - Elsevier, 2000. - ISBN 978-0-7506-3775-6 .
  72. ↑ 12 E.R. _ Kandel. Principper for neuralvidenskab  / ER Kandel, JH Schwartz. - McGraw-Hill, 2000. - ISBN 978-0-8385-7701-1 .
  73. ↑ 1 2 D. Meister. Oftalmisk linsedesign . OptiCampus.com. Hentet 12. november 2008. Arkiveret fra originalen 27. december 2008.
  74. ↑ J. Bryner. Nøglen til alle optiske illusioner opdaget . LiveScience.com (2. juni 2008). Arkiveret fra originalen den 5. september 2008.
  75. ↑ Geometri af forsvindingspunktet arkiveret 22. juni 2008. ved Convergence Arkiveret fra originalen den 13. juli 2007.
  76. ↑ "Måneillusionen forklaret" Arkiveret 4. december 2015. , Don McCready, University of Wisconsin-Whitewater
  77. ↑ A. K. Jain. Energiminimeringsmetoder i computersyn og mønstergenkendelse. - ISBN 978-3-540-42523-6 .
  78. ↑ 1 2 3 4 H.D. Ung. 36 // Universitetsfysik 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 .
  79. ↑ P.E. Nothnagle. Introduktion til Stereomikroskopi . Nikon mikroskopiU. Arkiveret fra originalen den 16. september 2011.
  80. ↑ Samuel Edward Sheppard. Undersøgelser om teorien om den fotografiske proces  / Samuel Edward Sheppard, Charles Edward Kenneth Mees. - Longmans, Green og Co., 1907. - S.  214 .
  81. ↑ BJ Suess. Mestring af sort-hvid fotografering . - Allworth Communications, 2003. - ISBN 978-1-58115-306-4 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  82. ↑ MJ Langford. Grundlæggende fotografering . - Focal Press, 2000. - ISBN 978-0-240-51592-2 .
  83. ↑ 12 Warren , Bruce. fotografering . - Cengage Learning, 2001. - S. 71. - ISBN 978-0-7668-1777-7 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  84. ↑ Leslie D. Stroebel. Se kamerateknik . - Focal Press, 1999. - ISBN 978-0-240-80345-6 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  85. ↑ S. Simmons. Brug af visningskameraet . - Amphoto Books, 1992. - S.  35 . — ISBN 978-0-8174-6353-3 .
  86. ↑ Sidney F. Ray. Anvendt fotografisk optik: linser og optiske systemer til fotografering, film, video, elektronisk og digital billedbehandling . - Focal Press, 2002. - S. 294. - ISBN 978-0-240-51540-3 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  87. ↑ New York Times Staff. New York Times Guide til Essential Knowledge . - Macmillan, 2004. - ISBN 978-0-312-31367-8 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  88. ↑ R.R. Carlton. Principper for radiografisk billeddannelse: en kunst og en videnskab . - Thomson Delmar Learning, 2000. - ISBN 978-0-7668-1300-7 . Arkiveret 9. juli 2021 på Wayback Machine
  89. ↑ W. Crawford. The Keepers of Light: En historie og arbejdsvejledning til tidlige fotografiske processer . - Morgan & Morgan, 1979. - ISBN 978-0-87100-158-0 .
  90. ↑ JM Cowley. Diffraktionsfysik. - Amsterdam : Nord-Holland, 1975. - ISBN 978-0-444-10791-6 .
  91. ↑ CD Ahrens. Meteorologi i dag: en introduktion til vejr, klima og miljø . - West Publishing Company, 1994. - ISBN 978-0-314-02779-5 .
  92. ↑ A. Young. En introduktion til Mirages . Arkiveret fra originalen den 10. januar 2010.

Lærebøger og studievejledninger

Samfund

Litteratur

  • B. M. Yavorsky og A. A. Detlaf Handbook of Physics. — M .: Nauka , 1971.
  • Akhmanov S. A. , Nikitin S. Yu. Fysisk optik. - M. : MGU , 2004. - ISBN 5-211-04858-X  - 656 s.
  • Volosov D.S. Fotografisk optik. Teori, grundlæggende design, optiske egenskaber. - M . : Art , 1978. - 543 s.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
 Udsnit af optik
Relaterede anvisninger