Optikk

Optikk (fra middelalderens latinske opticus , "relatert til syn", fra det klassiske greske ὀπτικός , optikós ) [ 1 ] er den grenen av fysikken som omhandler studiet av lysets oppførsel og egenskaper , [ 2 ] inkludert dets interaksjoner med materie , samt konstruksjon av instrumenter som bruker eller oppdager det . [ 3 ] Optikk beskriver generelt oppførselen til synlig lys , ultrafiolett stråling og infrarød stråling . Som elektromagnetisk stråling viser andre former for stråling av samme type som røntgenstråler , mikrobølger og radiobølger lignende egenskaper. [ 3 ]

De fleste optiske fenomener kan forklares ved hjelp av den klassiske elektrodynamiske beskrivelsen av lys. Imidlertid bruker praktisk optikk generelt forenklede modeller. Den vanligste av disse modellene, geometrisk optikk , behandler lys som en samling av stråler som beveger seg i rette linjer og bøyer seg når de passerer gjennom eller reflekteres fra overflater. Fysisk optikk er en mer komplett modell av lys, inkludert bølgeeffekter som diffraksjon og interferens , som ikke kan adresseres av geometrisk optikk.

Noen fenomener avhenger av det faktum at lys utviser bølge- og partikkelegenskaper om hverandre . Forklaringen på disse effektene krever bruk av kvantemekanikk . Ved å vurdere lysets partikkellignende egenskaper, kan det modelleres som et sett med individuelle fotoner . Kvanteoptikk omhandler bruken av kvantemekanikk på optiske systemer.

Optikk som vitenskap er et veldig relevant felt, og studeres i mange nært beslektede disipliner, for eksempel astronomi , ulike felt innen ingeniørfag , fotografi og medisin (spesielt oftalmologi og optometri ). Praktiske anvendelser av optikk finnes i en lang rekke teknologier, inkludert speil , linser , teleskoper , mikroskoper , laserutstyr og fiberoptiske systemer .

Historikk

De tidligste anvendelsene av optikk begynte mest sannsynlig med utviklingen av linser i det gamle Egypt og i Mesopotamia . De tidligste kjente linsene, laget av polert glass, ofte kvarts , dateres så tidlig som 700 f.Kr. C., som linsen til Nimrud , [ 4 ] oppdaget i Assyria . Vannfylte glasskuler brukt som linser i antikkens Roma og antikkens Hellas er også kjent . Oppfinnelsen av disse gjenstandene ble fulgt av fremveksten av teorier om lys og syn fremsatt av antikke greske og indiske filosofer , og av utviklingen av geometrisk optikk i den gresk- romerske verden . Ordet optikk kommer fra det greske ordet ὀπτική ( optikē ), som betyr "aspekt, utseende". [ 5 ]

Gresk filosofi om optikk delte seg i to motstridende ideer om hvordan synet fungerte: " synsteorien " og "utslippsteorien" . [ 6 ]

Den første tilnærmingen mente at syn kom fra selve gjenstandene. I følge den aristoteliske teorien om syn, realiseres sensasjoner gjennom et medium, for eksempel luft eller vann. Disse er gjennomsiktige , som en mulighet eller kraft. Oppdatering av åpenhet er lett; dette er derfor en tilstand av det transparente som sådan i stedet for en bevegelse, og dets utseende er øyeblikkelig. [ 7 ] Aristoteles mente at lys var en slags forstyrrelse i luften. Imidlertid, ifølge Aristoteles, reiser ikke lys eller beveger seg, men er et nærvær som fyller rommet. [ 8 ] [ 9 ] Atomister som Democritus , Epicurus og deres tilhengere mente at gjenstander som sendte ut bilder av seg selv (kalt eidola ) ble fanget av øyet. [ 10 ] [ 11 ]

Platon var den første som artikulerte emisjonsteorien, ideen om at syn oppnås av stråler som sendes ut fra øynene. Han diskuterte også speilvending (av pariteten mellom et objekt og dets reflekterte bilde) i Timaeus . [ 12 ] Omtrent hundre år senere skrev Euklid en avhandling med tittelen Optikk , der han koblet syn til geometri , og skapte geometrisk optikk . [ 13 ] I sitt arbeid med Platons emisjonsteori beskrev han de matematiske reglene for perspektiv og beskrev effekten av brytning kvalitativt, selv om han bestridte at en lysstråle som sendes ut fra et øye umiddelbart ville lyse opp stjernene hver gang noen blinket. [ 14 ]

Claudius Ptolemaios , i sin avhandling om optikk , introduserte en teori om syn som kombinerte de to foregående: strålene (eller fluksen som sendes ut) fra øyet dannet en kjegle, toppunktet var inne i øyet, og basen definerte synsfeltet. Strålene var sensitive og formidlet informasjon til observatørens intellekt om avstanden og orienteringen til overflater. Han oppsummerte mye av Euclids arbeid og beskrev en måte å måle effekten av Snells lov på , selv om han ikke innså det empiriske forholdet mellom vinklene. [ 15 ]

I løpet av middelalderen ble greske ideer om optikk gjenopplivet og utvidet av forskjellige forfattere i den islamske verden . En av de tidligste var Al-Kindi (ca 801-73), som skrev om fordelene ved aristoteliske og euklidiske ideer innen optikk, og favoriserte emisjonsteorien da den bedre kunne kvantifisere optiske fenomener. [ 16 ] I 984 skrev den iranske matematikeren Ibn Sahl avhandlingen "On Incendiary Mirrors and Lenses", som korrekt beskrev en brytningslov tilsvarende Snells lov. [ 17 ] Han brukte denne loven til å beregne optimale former for buede linser og speil . I begynnelsen av s. XI e.Kr C., Alhacén , regnet som en av optikkens fedre, [ 18 ] skrev Book of Optics ( Kitab al-manazir ) der han utforsket refleksjon og refraksjon og foreslo et nytt system for å forklare syn og lys basert på observasjon og eksperimentering. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] Han avviste "emisjonsteorien" til ptolemaisk optikk med dens stråler som sendes ut av øyet, og fremmet ideen om at lys reflekteres i alle retninger i rette linjer fra alle punkter av objektene sett og kommer deretter inn i øyet, selv om han ikke var i stand til å forklare riktig hvordan øyet fanget strålene. [ 24 ] Alhacens arbeid ble stort sett ignorert i den arabiske verden, men ble anonymt oversatt til latin rundt 1200 og senere forkortet og utvidet av den polske munken Witelo , [ 25 ] og ble en standardtekst om optikk i Europa de neste 400 årene. [ 26 ]

I 1200 -tallets middelalderske Europa skrev den engelske biskopen Roberto Grosseteste om et bredt spekter av vitenskapelige emner og diskuterte lys fra fire forskjellige perspektiver: en epistemologi av lys, en metafysikk eller kosmogoni av lys, en etiologi eller lysfysikk og en teologi av lys. lys, [ 27 ] med utgangspunkt i verkene til Aristoteles og platonismen. Grossetestes mest kjente disippel, Roger Bacon , skrev verk som siterte et bredt spekter av optiske og filosofiske verk da i oversettelse, inkludert de av Alhacen , Aristoteles, Avicenna , Averroes , Euclid, al-Kindi, Ptolemaios, Tideus og Constantine the African . Bacon var i stand til å bruke deler av glasskuler som forstørrelsesglass for å vise at lys reflekterer gjenstander i stedet for å bli frigjort fra dem.

De første praktiske brillene ble oppfunnet i Italia rundt 1286. [ 28 ] Dette var begynnelsen på den optiske industrien for å polere linser for disse okularene, først i Venezia og Firenze på 1200 -tallet , [ 29 ] og senere i brilleproduksjonssentre i Nederland og Tyskland. [ 30 ] Brilleprodusenter skapte forbedrede typer linser for synskorreksjon, basert mer på empirisk kunnskap oppnådd ved å observere effektene av linsene enn på bruk av datidens rudimentære optiske teori (teori som ikke engang kunne forklare hvordan brillene fungerte tilstrekkelig) . [ 31 ] [ 32 ] Praksisen med å utvikle, mestre og eksperimentere med linser førte direkte til oppfinnelsen av det sammensatte lysmikroskopet rundt 1595 og det brytende teleskopet i 1608. Begge dukket opp i brilleproduksjonssentre i Nederland. [ 33 ] [ 34 ]

Rundt år 1600 rettet Galileo Galilei sitt primitive brytende teleskop mot himmelen, noe som ga opphav til moderne astronomi, som kunne bruke forstørrelsesinstrumenter for å se detaljene til himmellegemer. I hans fotspor utvidet Johannes Kepler tidlig på 1600- tallet geometrisk optikk i sine skrifter, og dekket linser, refleksjoner fra flate og buede speil , prinsippene for pinhole-kameraet , de omvendte kvadratiske lovene som styrer intensiteten til lys og optiske forklaringer av astronomiske fenomener som måne- og solformørkelser og astronomisk parallakse . Han var også i stand til korrekt å utlede netthinnens rolle som det faktiske organet som oppfatter bilder, og var til slutt i stand til vitenskapelig å kvantifisere effekten av de forskjellige typene linser som brilleprodusenter hadde sett på de siste 300 årene. [ 35 ] Etter at teleskopet ble oppfunnet, la Kepler det teoretiske grunnlaget for hvordan det fungerte og beskrev en forbedret versjon, kjent som Kepler-teleskopet , ved å bruke to konvekse linser for å produsere høyere forstørrelse. [ 36 ]

Optisk teori utviklet seg på midten av 1600- tallet med avhandlingene skrevet av filosofen René Descartes , der han forklarte en lang rekke optiske fenomener, inkludert refleksjon og brytning ved å anta at lys ble sendt ut av objektene som produserte det. [ 37 ] Denne tolkningen skilte seg vesentlig fra den antikke greske utslippsteorien. På slutten av 1660-tallet og begynnelsen av 1670-tallet utvidet Isaac Newton Descartes 'ideer til en korpuskulær teori om lys, og bestemte at hvitt lys var en blanding av farger som kan separeres i komponentdelene med et prisme . I 1690 foreslo Christiaan Huygens en bølgeforklaring på lys, basert på forslag fra Robert Hooke i 1664. Hooke selv kritiserte Newtons teorier om lys offentlig, og striden mellom de to varte til Hookes død. I 1704 publiserte Newton Opticks , og på den tiden, delvis på grunn av sin suksess på andre områder av fysikk , ble han generelt sett på som seierherren i debatten om lysets natur. [ 37 ]

I mellomtiden begynte optiske instrumenter å gjennomgå betydelige tekniske forbedringer, som tillot vitenskapen å gå inn i hittil utilgjengelige felt, fra de ekstremt små (representert ved oppdagelsen av mikrober) til de ufattelig store (med stadig økende kunnskap om systemet). Mikroskopet, betydelig utviklet fra den primitive modellen til Anton van Leeuwenhoek (1650), tillot studiet av celler å begynne takket være pionerarbeidet til Robert Hooke, samlet i hans avhandling Micrographia . På den annen side hadde brytende teleskoper nådd sin teoretiske grense for oppløsning, begrenset av kromatisk aberrasjon , noe som delvis bidro til fødselen av en ny type instrument: det reflekterende teleskopet . Det var Isaac Newton som bygde det første av disse instrumentene i 1668. Dette var begynnelsen på et bittert kappløp, som varte i to og et halvt århundre, mellom de to typene teleskoper: refraktorer (linser) og reflektorer (speil). Oppfinnelsen av akromatiske linser rundt 1750 gjorde det mulig å løse problemet med kromatisk aberrasjon, som i utgangspunktet ga forrang til brytningsteleskoper fremfor primitive reflekterende teleskoper, tynget av den lave luminansen og den lave holdbarheten til spekulumspeil , en bronselegering som oksiderte relativt lett . På denne tiden ble grunnlaget lagt for utviklingen av de store refraktorene , som med Joseph von Fraunhofer fikk sin funksjonelle modenhet på slutten av 1700 -tallet , og ble den dominerende teknikken på 1800 -tallet . Det var også Fraunhofer som skulle legge grunnlaget for en ny vitenskap som er en del av optikken: spektroskopi . Fremskritt i produksjonen av linser tillot i sin tur utviklingen av instrumentene som ble brukt i geodesi , slik at målingen av buen til Paris-meridianen i 1798 ble fullført med en tidligere utenkelig presisjon, noe som ville tillate etableringen av lengdeenheten for det internasjonale systemet: måleren .

Newtonsk optikk var generelt akseptert frem til tidlig på 1800- tallet , da eksperimenter på interferens av lys ble utført av Thomas Young og Augustin Fresnel , som godt etablerte sin bølgenatur. Youngs berømte dobbeltspalte-eksperiment , som fenomenet interferens ble tydelig med, viste at lys fulgte prinsippet om lagsuperposisjon , som er en bølgeegenskap som ikke var forutsett av Newtons korpuskulære teori. Dette arbeidet førte til en teori om lysets diffraksjon og åpnet et helt område for studier i fysisk optikk. Bølgeoptikk [ 38 ] ble vellykket forenet med elektromagnetisme av James Clerk Maxwell på 1860 - tallet . [ 39 ]

Den andre halvdelen av 1800 -tallet så en rekke funn som skulle legge grunnlaget for utviklingen av optiske instrumenter gjennom hele 1900 -tallet . Innen teleskoper avgjorde muligheten for å avsette en aluminiumsfilm på en glassbase definitivt kappløpet mellom de to typene teleskoper, og bestemte seg til fordel for de med speil, som har fortsatt å øke i størrelse uten opphør siden den gang. På samme måte ble grunnlaget for fotografering oppdaget med verkene til Niépce , som igjen ville føre til at kino dukket opp noen tiår senere. En annen oppfinnelse fra slutten av 1800- tallet , katodestrålerøret , ville gjøre det mulig å utvikle TV- skjermer noen år senere . I denne perioden kom også en annen type vitenskapelig instrument frem, interferometeret , som tjente til å gi uventet støtte til relativitetsteorien og som over tid har blitt en del av ekstremt høypresisjons måleutstyr, som LIGO har bekreftet eksistensen av gravitasjonsbølger på begynnelsen av det 21. århundre .

Den tilsynelatende bekreftelsen av lysets bølgenatur på grunn av dens karakter av elektromagnetisk stråling, førte til en blindvei, og genererte en intens debatt i et halvt århundre om eksistensen av eteren , et hypotetisk medium som ble ansett som avgjørende for å tillate forplantning av lysbølger. Tallrike eksperimenter ble utført uten hell for å bevise dens eksistens (som det berømte Michelson og Morley-eksperimentet fra 1887), og det skulle ikke være før i 1905 at Albert Einstein , med sin Theory of Special Relativity , etablerte nøkkelrollen til lysets hastighet som en av naturens grunnleggende konstanter, som en gang for alle løser spørsmålet om eteren, og definitivt utelukker dens eksistens. [ 40 ]

Den neste utviklingen innen optisk teori kom i 1899, da Max Planck korrekt modellerte svartlegemestråling , ved å anta at energiutveksling mellom lys og materie bare skjedde i diskrete mengder som han kalte kvanta . [ 41 ] I 1905 publiserte Albert Einstein teorien om den fotoelektriske effekten som fast etablerte kvantiseringen av selve lyset. [ 42 ] [ 43 ] I 1913 viste Niels Bohr at atomer bare kunne avgi diskrete mengder energi, noe som forklarer de diskrete linjene som ble observert i emisjons- og absorpsjonsspektra. [ 44 ] Forståelsen av samspillet mellom lys og materie som fulgte disse utviklingene, dannet ikke bare grunnlaget for kvanteoptikken, men var også avgjørende for utviklingen av kvantemekanikken som helhet. Den ultimate kulminasjonen, kvanteelektrodynamisk teori , forklarer alle optiske og elektromagnetiske prosesser generelt som et resultat av utveksling av ekte partikler og virtuelle fotoner . [ 45 ]

Kvanteoptikk fikk praktisk betydning med oppfinnelsene av maseren i 1953 og laseren i 1960. [ 46 ] Etter arbeidet til Paul Dirac med kvantefeltteori , brukte George Sudarshan , Roy Jay Glauber og Leonard Mandel kvanteteori på elektromagnetiske felt i 1950- og 1960-tallet for å få en mer detaljert forståelse av fotodeteksjon og den statistiske oppførselen til lys.

En annen viktig milepæl innen praktisk anvendelse av optiske enheter er LED , hvis driftsprinsipp ( elektroluminescens ) ble oppdaget i 1903. De begynte å bli produsert industrielt på 1950-tallet, inntil de ble allestedsnærværende i skjermer av alle typer. , for eksempel mobiltelefoner eller TV-er.

Klassisk optikk

Klassisk optikk er delt inn i to hovedgrener: geometrisk (eller stråle) optikk og fysisk (eller bølge) optikk. I geometrisk optikk anses lys å bevege seg i en rett linje, mens i fysisk optikk anses lys som en elektromagnetisk bølge.

Geometrisk optikk

Geometrisk optikk kan sees på som en tilnærming til fysisk optikk som gjelder når bølgelengden til lys som brukes er mye mindre enn størrelsen på de optiske elementene i systemet som analyseres. geometrisk optikk , eller stråleoptikk , beskriver forplantningen av lys i form av "stråler" som beveger seg i rette linjer, og hvis veier styres av lovene for refleksjon og brytning i faseendringer mellom ulike medier. [ 47 ] Disse empirisk oppdagede lovene [ 17 ] har blitt mye brukt i utformingen av optiske komponenter og instrumenter.

Lovene for refleksjon og brytning kan utledes fra Fermats prinsipp , som sier at "banen som reises mellom to punkter av en lysstråle er banen som kan krysses på kortest mulig tid." [ 48 ]

Approksimasjoner

Geometrisk optikk forenkles ofte ved å gjøre en paraksial tilnærming eller "liten vinkeltilnærming". Matematisk oppførsel blir lineær, slik at optiske komponenter og systemer kan beskrives med enkle matriser. Dette fører til teknikkene til Gaussisk optikk og paraaksial strålesporing , som brukes til å bestemme de grunnleggende egenskapene til optiske systemer, for eksempel omtrentlige bilder og posisjoner til objekter og den tilsvarende optiske forstørrelsen . [ 49 ]

Refleksjon

Refleksjon kan deles inn i to typer: speilbilde og diffus refleksjon . Spekulær refleksjon beskriver glansen til overflater som speil, som reflekterer lys på en enkel og forutsigbar måte. Dette tillater produksjon av reflekterte bilder som kan assosieres med et faktisk ( ekte ) eller ekstrapolert ( virtuelt ) sted i rommet. Diffus refleksjon beskriver ikke-skinnende materialer, som papir eller steiner. Refleksjoner fra disse overflatene kan kun beskrives statistisk, med den nøyaktige fordelingen av reflektert lys avhengig av materialets mikroskopiske struktur. Mange diffuse reflektorer er beskrevet eller kan tilnærmes ved Lamberts lov , som beskriver overflater som har lik luminans når de sees fra alle vinkler. Blanke overflater kan gi både speilende og diffus refleksjon.

Ved speilrefleksjon bestemmes retningen til den reflekterte strålen av vinkelen som den innfallende strålen lager med normalvektoren , en linje vinkelrett på overflaten på punktet der strålen faller inn. De innfallende og reflekterte strålene og normalen ligger i et enkelt plan, og vinkelen mellom den reflekterte strålen og overflatenormalen er den samme som mellom den innfallende strålen og normalen. [ 50 ] Dette fysiske fenomenet er kjent som et speilbilde .

For plane speil innebærer refleksjonsloven at bildene av objektene er oppreist og i samme avstand bak speilet som objektene foran speilet. Størrelsen på bildet er den samme som størrelsen på objektet. Loven innebærer også at speilbilder viser omvendt paritet , som oppfattes som venstre-høyre reversering. Bilder dannet fra refleksjon i to (eller et hvilket som helst partall av) speil er ikke paritetsinvertert. En hjørnereflektor [ 50 ] er en retroreflektor som produserer reflekterte stråler som beveger seg i samme retning (og forskjellige retninger) som de innfallende strålene kom fra.

Buede speil kan modelleres ved å bruke strålesporing og ved å bruke refleksjonsloven på hvert punkt på overflaten. I parabolske speil produserer stråler parallelt med aksen som faller inn på speilet reflekterte stråler som konvergerer til et felles fokus . Andre buede overflater kan også fokusere lys, men med aberrasjoner på grunn av den divergerende formen som får fokuset til å spre seg ut i rommet. Spesielt sfæriske speil viser sfærisk aberrasjon . Buede speil kan danne bilder med en forstørrelse større eller mindre enn én, og forstørrelsen kan være negativ, noe som indikerer at bildet er invertert. Et vertikalt bilde dannet av refleksjon i et speil er alltid virtuelt, mens et omvendt bilde er ekte og kan projiseres på en skjerm. [ 50 ]

Refraksjon

Refraksjon oppstår når lys beveger seg gjennom et romområde som har en skiftende brytningsindeks; Dette prinsippet gjør det mulig å bygge linser som er i stand til å fokusere lys. Det enkleste tilfellet av brytning oppstår når det er et grensesnitt mellom et ensartet medium med brytningsindeks og et annet medium med brytningsindeks . I slike situasjoner beskriver Snells lov den resulterende avbøyningen av lysstrålen: $n_{1}$ $n_{2}$

n_{1}\sin \theta{1}=n_{2}\sin \theta{2}\

hvor og er vinklene mellom normalen (til grensesnittet) og henholdsvis innfallende og brutte stråler. [ 50 ] $\theta{1}$ $\theta{2}$

Brytningsindeksen til et medium er relatert til hastigheten $v$ , til lys i det mediet ved

n=c/v

hvor $c$ er lysets hastighet .

Snells lov kan brukes til å forutsi avbøyningen av lysstråler når de passerer gjennom lineære medier, forutsatt at brytningsindeksene og geometrien til mediet er kjent. For eksempel resulterer forplantningen av lys gjennom et prisme i at lysstrålen bøyer seg avhengig av prismets form og orientering. I de fleste materialer varierer brytningsindeksen med lysets frekvens. Når dette tas i betraktning, kan Snells lov brukes til å forutsi hvordan et prisme vil spre lys i et spektrum. [ 50 ]

Noen medier har en brytningsindeks som varierer gradvis med posisjon, og derfor er lysstrålene i mediet buet. Denne effekten er ansvarlig for luftspeilingene som sees på varme dager: en endring i brytningsindeksen til luft oppe får lysstrålene til å bøye seg, og skaper inntrykk av speilrefleksjoner i det fjerne (som om de var på overflaten av en vannvidde) . Optiske materialer med variabel brytningsindeks kalles brytningsindeksgradientmaterialer ( GRIN ). Slike materialer brukes til å lage instrumenter i henhold til prinsippene for indeksgradientoptikk . [ 51 ]

For lysstråler som beveger seg fra et materiale med høy brytningsindeks til et materiale med lav brytningsindeks, forutsier Snells lov at det forsvinner når det er stort. I dette tilfellet skjer ingen overføring; alt lys reflekteres. Dette fenomenet kalles total intern refleksjon og muliggjør fiberoptisk teknologi . Når lys beveger seg nedover en optisk fiber, gjennomgår den total intern refleksjon slik at praktisk talt ikke noe lys går tapt i kabelen. [ 50 ] $\theta{2}$ $\theta{1}$

Linser

En enhet som produserer konvergerende eller divergerende lysstråler på grunn av brytning er kjent som en " linse ". Linser kjennetegnes av brennvidden : en konvergerende linse har positiv brennvidde, mens en divergerende linse har negativ brennvidde. En mindre brennvidde indikerer at objektivet har en sterkere konvergerende eller divergerende effekt. Brennvidden til et enkelt objektiv i luft er gitt av selve linsens konfigurasjon. [ 52 ]

Strålesporing kan brukes til å vise hvordan bilder dannes med en linse. For en tynn linse i luft, er plasseringen av bildet gitt av den enkle ligningen:

{\frac {1}{S_{1}}}+{\frac {1}{S_{2}}}={\frac {1}{f}}

hvor er avstanden fra objektet til objektivet, er avstanden fra objektivet til bildet, og er brennvidden til objektivet. Med tegnkonvensjonen som brukes, er avstandene mellom objektet og bildet positive hvis objektet og bildet er på motsatte sider av linsen. [ 52 ] $S_{1}$ $S_{2}$ $F$

Innkommende parallelle stråler fokuseres av en konvergerende linse til et punkt én brennvidde fra linsen, på den andre siden av linsen. Dette kalles objektivets bakre brennpunkt . Stråler fra et objekt på en begrenset avstand er fokusert lenger fra linsen enn brennvidden; jo nærmere objektet er linsen, jo lenger er bildet fra linsen.

Med divergerende linser divergerer de innkommende parallelle strålene etter å ha passert gjennom linsen, slik at de ser ut til å ha sin opprinnelse i et punkt en brennvidde foran linsen. Dette er det fremre fokuspunktet på objektivet. Stråler fra et objekt på begrenset avstand er assosiert med et virtuelt bilde som er nærmere linsen enn brennpunktet, og på samme side av linsen som objektet. Jo nærmere objektet er linsen, jo nærmere det virtuelle bildet er linsen. Som med speil, er de stående bildene som produseres av en enkelt linse virtuelle, mens de inverterte bildene er ekte. [ 50 ]

Linser lider av aberrasjoner som forvrenger bilder. Monokromatiske aberrasjoner oppstår fordi geometrien til linsen ikke retter strålene fra hvert punkt på objektet til et enkelt punkt i bildet, mens kromatisk aberrasjon oppstår fordi linsens brytningsindeks varierer med lysets bølgelengde. [ 50 ]

Fysisk optikk

I fysisk optikk eller bølgeoptikk anses lys å forplante seg som en bølge . Denne modellen forutsier fenomener som interferens og diffraksjon , som ikke er forklart av geometrisk optikk. Bølgene forplanter seg i jordens atmosfære med nesten samme lyshastighet i et vakuum, omtrent 3,0 × 10 8 m/s (nøyaktig 299 792 458 m/s i et vakuum ). Bølgelengden til synlige lysbølger varierer mellom 400 og 700 nanometer , men begrepet "lys" brukes også ofte på infrarød stråling (0,7-300 μm) og ultrafiolett stråling ( 10-400 nm ). Bølgemodellen kan brukes til å lage spådommer om hvordan et optisk system vil oppføre seg uten å kreve en forklaring på hvilket medium bølgene "rører" om. Fram til midten av det nittende århundre trodde de fleste fysikere på et "eterisk" medium der lysforstyrrelsen forplantet seg. [ 53 ] Eksistensen av elektromagnetiske bølger ble spådd i 1865 av Maxwells ligninger . Disse bølgene forplanter seg med lysets hastighet og viser variable elektriske og magnetiske felt som er ortogonale til hverandre, og også til bølgenes forplantningsretning. [ 54 ] For tiden behandles lysbølger som elektromagnetiske bølger, bortsett fra når kvantemekaniske effekter må vurderes.

Modellering og design av optiske systemer ved bruk av fysisk optikk

Mange forenklede tilnærminger er tilgjengelige for å analysere og designe optiske systemer. De fleste bruker en enkelt skalar mengde for å representere det elektriske feltet til lysbølgen, i stedet for å bruke en vektormodell med ortogonale elektriske og magnetiske vektorer. [ 55 ]

Fresnel -Huygens-prinsippet er en slik modell, utledet empirisk av Fresnel i 1815, basert på Huygens' hypotese om at hvert punkt på en bølgefront genererer en sekundær sfærisk bølgefront, som Fresnel kombinerte med superposisjonsprinsippet til bølger. Kirchhoffs diffraksjonsformel , som er avledet fra Maxwells ligninger, setter Huygens–Fresnel-ligningen på et fastere fysisk grunnlag. Eksempler på anvendelsen av Huygens–Fresnel-prinsippet finnes i diffraksjons- og Fraunhofer-diffraksjonsseksjonene .

Mer strenge modeller, som involverer modellering av lysbølge elektriske og magnetiske felt, er nødvendig når man arbeider med detaljert interaksjon av lys med materialer der interaksjonen avhenger av deres elektriske og magnetiske egenskaper. For eksempel er oppførselen til en lysbølge som interagerer med en metalloverflate ganske forskjellig fra hva som skjer når den samhandler med et dielektrisk materiale. En vektormodell må også brukes til å modellere polarisert lys.

Numeriske simuleringsteknikker , som finite element-metoden , grenseelementmetoden og matrise -lineær overføringsmetoden , kan brukes til å modellere forplantningen av lys i systemer som ikke kan løses analytisk. Slike modeller er beregningskrevende og brukes vanligvis kun til å løse småskalaproblemer som krever større nøyaktighet enn det som kan oppnås med analytiske løsninger. [ 56 ]

Alle resultatene av geometrisk optikk kan reproduseres ved å bruke teknikkene til Fourier-optikk , som bruker mange av de samme matematiske og analytiske teknikkene som brukes i akustisk konstruksjon og signalbehandling .

Gaussisk stråleutbredelse er en enkel paraaksial fysisk optikkmodell for å håndtere forplantningen av koherent stråling, for eksempel lasere. Denne teknikken forklarer delvis diffraksjon, og tillater nøyaktige beregninger av hastigheten som en laserstråle utvider med avstanden og minimumsstørrelsen som strålen kan fokuseres til. Gaussisk stråleutbredelse bygger bro mellom geometrisk og fysisk optikk. [ 57 ]

Superposisjon og interferens

kombinert bølgeform
Bølge 1
bølge 2
	To bølger i fase	To bølger 180° ute av fase

I fravær av ikke- lineære effekter , kan superposisjonsprinsippet brukes til å forutsi konfigurasjonen av interagerende bølgeformer ved ganske enkelt å summere forstyrrelsene. [ 58 ] Denne interaksjonen av bølger for å produsere et resulterende mønster blir generelt referert til som " interferens " og kan resultere i en lang rekke resultater. Hvis to bølger med samme bølgelengde og frekvens er i fase , stiller toppene og bunnene av bølgene på linje. Dette resulterer i interferens, med en økning i bølgeamplitude, som for lys er assosiert med en lysstyrke av bølgeformen på det stedet. Alternativt, hvis de to bølgene med samme bølgelengde og frekvens er ute av fase, vil bølgetoppene justere seg med bunnene til hver bølge og omvendt. Dette resulterer i interferens med en reduksjon i bølgeamplitude, som for lys er assosiert med en mørkning av bølgeformen på det stedet. Se nedenfor for en illustrasjon av denne effekten. [ 58 ]

Siden Fresnel-Huygens-prinsippet sier at hvert punkt på en bølgefront er assosiert med produksjonen av en ny forstyrrelse, er det mulig for en bølgefront å interferere konstruktivt eller destruktivt på forskjellige steder, og produsere lyse og mørke kanter på bølgefronten. Regelmessig og forutsigbar mønstre. [ 58 ] Interferometri er vitenskapen om å måle disse mønstrene, vanligvis som et middel til å gjøre nøyaktige bestemmelser av optiske avstander eller oppløsninger . [ 59 ] Michelson - interferometeret er et kjent instrument som brukte interferenseffekter for nøyaktig å måle lysets hastighet. [ 60 ]

Utseendet til tynne filmer og belegg påvirkes direkte av interferenseffekter. Refleksdemping bruker destruktiv interferens for å redusere reflektiviteten til overflatene de belegger, og kan brukes til å minimere uønsket gjenskinn og refleksjoner . Det enkleste tilfellet er et enkelt lag med en tykkelse på en fjerdedel av bølgelengden til det innfallende lyset. Den reflekterte bølgen fra toppen av filmen og den reflekterte bølgen fra film/materiale-grensesnittet er nøyaktig 180° ute av fase, noe som forårsaker destruktiv interferens. Bølgene er bare nøyaktig ute av fase for en gitt bølgelengde, som typisk velges til å være nær sentrum av det synlige spekteret, rundt 550nm. Mer komplekse design som bruker flere lag kan oppnå lav reflektivitet over et bredt bånd eller ekstremt lav reflektivitet over en enkelt bølgelengde.

Konstruktiv interferens i tynne filmer kan skape en sterk refleksjon av lys over en rekke bølgelengder, som kan være smale eller brede avhengig av utformingen av belegget. Disse filmene brukes til å lage dielektriske speil , interferensfiltre , varmereflektorer og filtre for fargeseparasjon i farge -TV- kameraer . Denne interferenseffekten er også det som forårsaker de fargerike regnbuemønstrene som sees i oljeflekker og såpebobler. [ 58 ]

Diffraksjon og optisk oppløsning

Diffraksjon er prosessen der interferensen av lys er oftest observert. Effekten ble først beskrevet i 1665 av Francesco Maria Grimaldi , som også laget begrepet fra det latinske diffringere , for "å bryte i stykker". [ 61 ] [ 62 ] Senere på århundret beskrev Robert Hooke og Isaac Newton også fenomener som nå er kjent som Newtons ringdiffraksjon , [ 63 ] mens James Gregory registrerte sine observasjoner av diffraksjonsmønstrene til fuglefjær. [ 64 ]

Den første diffraksjonsmodellen ved bruk av fysisk optikk var basert på Fresnel-Huygens-prinsippet , og ble utviklet i 1803 av Thomas Young gjennom sitt dobbeltspalteeksperiment , og analyserte interferensmønstrene til to tettsittende spalter. Han viste at resultatene hans bare kunne forklares hvis de to spaltene fungerte som enkeltbølgekilder i stedet for blodlegemer. [ 65 ] I 1815 og 1818 etablerte Augustin Fresnel matematikken for hvordan bølgeinterferens kan forklare diffraksjon. [ 52 ]

De enkleste fysiske modellene for diffraksjon bruker ligninger som beskriver vinkelseparasjonen mellom lyse og mørke kanter på grunn av lys med en bestemt bølgelengde (λ). Generelt tar ligningen formen

m\lambda =d\sin \theta

hvor er separasjonen mellom to bølgefrontkilder (i tilfellet med Youngs eksperimenter var det to spalter ), er vinkelseparasjonen mellom den sentrale kanten og ordenskanten , hvor det sentrale maksimum er . [ 66 ] $d$ $\theta$ $m_{\text{th}}$ $m=0$

Denne ligningen er litt modifisert for å ta hensyn til en rekke situasjoner som diffraksjon gjennom et enkelt gap, diffraksjon gjennom flere spalter eller diffraksjon gjennom et diffraksjonsgitter som inneholder et stort antall like spalter. [ 66 ] Mer kompliserte diffraksjonsmodeller krever arbeid med Fresnel- eller Fraunhofer- matematikk . [ 67 ]

Røntgenkrystallografi benytter seg av det faktum at atomene i en krystall er jevnlig fordelt med avstander som er i størrelsesorden én ångstrøm . For å se diffraksjonsmønstrene sendes røntgenstråler med bølgelengder som ligner på avstanden gjennom krystallen. Siden krystaller er tredimensjonale objekter i stedet for todimensjonale gitter, varierer det tilknyttede diffraksjonsmønsteret i to retninger i henhold til Braggs lov , med de tilknyttede lyspunktene som forekommer i unike mønstre og er to ganger avstanden mellom atomene. [ 66 ] $d$

Effektene av diffraksjon begrenser følsomheten til en optisk detektor for separasjonen mellom to lyskilder, og bestemmer dens optiske oppløsning . Generelt vil lys som passerer gjennom en blenderåpning oppleve diffraksjon, og de beste bildene som kan lages gjennom denne blenderåpningen (som beskrevet i et diffraksjonsbegrenset system ) vises som et sentralt punkt med omkringliggende lyse ringer, atskilt med mørke striper; dette mønsteret er kjent som en luftig plate . [ 52 ] Størrelsen på en slik disk er gitt av

\sin \theta =1.22{\frac {\lambda }{D}}

hvor θ er vinkeloppløsningen, λ er bølgelengden til lys, og D er diameteren til objektivåpningen. Hvis vinkelseparasjonen mellom de to punktene er betydelig mindre enn vinkelradiusen til Airy-skiven, kan de to punktene ikke løses inn i bildet, men hvis vinkelseparasjonen deres er mye større enn dette, dannes det distinkte bilder av de to .poeng og kan derfor løses. Rayleigh definerte vilkårlig " optisk oppløsning " som de to punktene hvis vinkelseparasjon er lik radiusen til Airy-skiven (målt til den første nullringen, dvs. det første stedet der det ikke sees lys) som kan anses som oppløst. Det kan sees at jo større diameter på objektivet eller blenderåpningen er, desto finere er oppløsningen. [ 66 ] Astronomisk interferometri , med sin evne til å emulere ekstremt store grunnlinjeåpninger, gir høyest mulig vinkeloppløsning. [ 59 ]

For astronomiske bilder hindrer atmosfæren at optimal oppløsning i det synlige spekteret oppnås på grunn av atmosfærisk spredning som får stjerner til å blinke. Astronomer omtaler denne effekten som skjermkvalitet . Teknikker kjent som adaptiv optikk har blitt brukt for å fjerne atmosfæriske artefakter fra bilder og oppnå resultater som nærmer seg diffraksjonsgrensen. [ 68 ]

Spredning

Brytningsprosesser finner sted ved grensen for fysisk optikk, hvor bølgelengden til lys er lik ved andre avstander, som i et spredningsfenomen. Den enkleste typen spredning er Thomson-spredning , som oppstår når elektromagnetiske bølger avbøyes av individuelle partikler. I grensen til Thomson-spredning, der lysets bølgenatur er tydelig, spres lyset uavhengig av frekvens, i motsetning til Compton-effekten , som er frekvensavhengig og strengt tatt en kvantemekanisk prosess , som involverer lysets natur som en stråle. av partikler. I statistisk forstand er den elastiske spredningen av lys forårsaket av mange partikler som er mye mindre enn lysets bølgelengde en prosess kjent som Rayleigh-spredning , mens den lignende prosessen for spredning av partikler som ligner på eller større enn bølgelengdebølgen er kjent som Mie-diffusjon med Tyndall - effekten er et ofte observert resultat. En liten andel av lysspredningen som produseres av atomer eller molekyler kan gjennomgå Raman-effekten , hvor frekvensen endres på grunn av eksitasjonen av atomene og molekylene. Brillouin-spredning oppstår når lysfrekvensen varierer på grunn av lokale endringer over tid og bevegelser av et tett materiale. [ 69 ]

Spredning oppstår når forskjellige frekvenser av lys har forskjellige fasehastigheter , på grunn av materialegenskaper (materialspredning ) eller geometrien til en optisk bølgeleder ( bølgelederspredning ). Den mest kjente formen for spredning er en reduksjon i brytningsindeksen med økende bølgelengde, noe som sees i de fleste transparente materialer. Dette kalles "normal spredning". Det forekommer i alle dielektriske materialer , i bølgelengdeområder der materialet ikke absorberer lys. [ 70 ] I bølgelengdeområder hvor et medium har betydelig absorpsjon, kan brytningsindeksen øke med bølgelengden. Dette fenomenet kalles "anomal spredning". [ 50 ] [ 70 ]

Separasjonen av farger med et prisme er et eksempel på normal spredning. Ved prismeoverflatene forutsier Snells lov at lys som faller inn i en vinkel θ til normalen brytes i en vinkel lik [arc sinus (sin(θ)/ n )]. Blått lys, med sin høyere brytningsindeks, bøyes derfor sterkere enn rødt lys, noe som resulterer i det velkjente regnbuemønsteret . [ 50 ]

Spredningen av et materiale er ofte preget av Abbe-tallet , som gir et mål på enkel spredning basert på brytningsindeksen ved tre spesifikke bølgelengder. Bølgeledningsspredningen avhenger av forplantningskonstanten . [ 52 ] Begge typer spredning forårsaker endringer i bølgegruppekarakteristikkene og i bølgepakkekarakteristikkene, som endres med samme frekvens som amplituden til selve den elektromagnetiske bølgen. "Hastighetsgruppespredningen" manifesterer seg som en spredning av "konvolutten" til strålingssignalet og kan kvantifiseres med en gruppespredningsforsinkelsesparameter:

D={\frac {1}{v_{g}^{2}}}{\frac {dv_{g}}{d\lambda }}

hvor er gruppehastigheten . [ 71 ] For et ensartet medium er hastigheten til gruppen $v_{g}$

v_{g}=c\left(n-\lambda {\frac {dn}{d\lambda }}\right)^{-1}

hvor n er brytningsindeksen og c er lysets hastighet i et vakuum. [ 72 ] Dette gir en enklere form for spredningsforsinkelsesparameteren:

D=-{\frac {\lambda }{c}}\,{\frac {d^{2}n}{d\lambda 2}}}.

Hvis D er mindre enn null, sies mediet å ha positiv spredning eller normal spredning. Hvis D er større enn null, har mediet negativ dispersjon . Hvis en lyspuls forplanter seg gjennom et normalt dispersivt medium, er resultatet at de høyere frekvenskomponentene bremses mer enn de lavere frekvenskomponentene. Derfor blir pulsen positivt pulserende , og øker i frekvens med tiden. Dette fører til at spekteret som kommer ut av et prisme vises med minst brutt rødt lys og mest brutt blått/fiolett lys. Omvendt, hvis en puls beveger seg gjennom et unormalt (negativt) dispersivt medium, beveger høyfrekvente komponentene seg raskere enn de lavfrekvente, og pulsen blir "negativt pulserende", og avtar i frekvens med tiden. [ 73 ]

Resultatet av gruppehastighetsspredningen, enten negativ eller positiv, er tidsspredningen av pulsen. Dette gjør spredningsstyring ekstremt viktig i fiberoptikkbaserte optiske kommunikasjonssystemer , siden hvis spredningen er for høy, vil en gruppe pulser som koder binær informasjon spre seg ut i tid og slå seg sammen, noe som vil gjøre det umulig å trekke ut signalet. [ 71 ]

Polarisering former for polarisering

Lineær

Sirkulær

elliptisk

Polarisering er en generell egenskap ved bølger som beskriver retningen til svingningene deres. For tverrgående bølger , som mange elektromagnetiske bølger, beskriver den orienteringen til oscillasjonene i planet vinkelrett på bølgens bevegelsesretning. Svingningene kan være orientert i bare én retning ( lineær polarisering ), eller oscillasjonsretningen kan rotere mens bølgen beveger seg ( sirkulær eller elliptisk ). Sirkulært polariserte bølger kan rotere til høyre eller venstre med hensyn til kjøreretningen, og hvilken av disse to rotasjonene som finnes i en bølge kalles bølgens chiralitet [ 74 ] .

Den typiske måten å vurdere polarisering på er å holde styr på orienteringen til den elektriske feltvektoren når den elektromagnetiske bølgen forplanter seg. Den elektriske feltvektoren til en plan bølge kan vilkårlig deles inn i to perpendikulære komponenter merket x og y (med z som indikerer forplantningsretningen). Formen projisert på xy-planet av den elektriske feltvektoren er en Lissajous-figur som beskriver 'polarisasjonstilstanden'. [ 52 ] Figurene ovenfor viser noen eksempler på utviklingen av den elektriske feltvektoren (blå), med tid (den vertikale aksen), på et bestemt punkt i rommet, sammen med x- og y -komponentene (rød/venstre og grønn/) høyre), og banen sporet av vektoren i planet (lilla): den samme utviklingen vil skje hvis det elektriske feltet observeres i motsatt retning av forplantning i et bestemt øyeblikk mens punktet utvikler seg i rommet.

I figuren over er x- og y - komponentene til lysbølgen i fase. I dette tilfellet er forholdet mellom deres amplituder konstant, så retningen til den elektriske vektoren (vektorsummen av disse to komponentene) er konstant. Siden spissen av vektoren sporer en enkelt linje i planet, kalles dette spesielle tilfellet lineær polarisering . Retningen til denne linjen avhenger av de relative amplitudene til de to komponentene. [ 74 ]

I den sentrale figuren har de to ortogonale komponentene samme amplituder og er 90° ute av fase. I dette tilfellet er en komponent null når den andre komponenten har maksimal eller minimum amplitude. Det er to mulige faseforhold som tilfredsstiller dette kravet: x -komponenten kan være 90° foran y-komponenten , eller den kan være 90° bak y -komponenten . I dette spesielle tilfellet sporer den elektriske vektoren en sirkel i planet, så denne polarisasjonen kalles sirkulær polarisering. Rotasjonsretningen i sirkelen avhenger av hvilke av de to faseforholdene som eksisterer og tilsvarer "høyre sirkulær polarisering" og "venstre sirkulær polarisering". [ 52 ]

I alle andre tilfeller, når de to komponentene ikke har samme amplituder og/eller deres faseforskjell verken er null eller et multiplum av 90°, kalles polarisasjonen elliptisk polarisering fordi den elektriske vektoren sporer en ellipse i planet ( ellipsen ) av polarisering ). Dette er vist i figuren over til høyre. Den detaljerte polariseringsmatematikken bruker Jones-kalkulen og er preget av Stokes-parametere . [ 52 ]

Polarisasjonsskifte

Medier som har forskjellige brytningsindekser for forskjellige polarisasjonsmoduser kalles dobbeltbrytende . [ 74 ] Velkjente manifestasjoner av denne effekten vises i wavesheets /optiske retardere (lineære moduser) og i Faraday-effekten / optiske aktiviteten (sirkulære moduser). [ 52 ] Hvis veilengden i det dobbeltbrytende mediet er tilstrekkelig, vil plane polarisasjonsbølger gå ut av materialet med en vesentlig annen forplantningsretning, på grunn av brytning . For eksempel er dette tilfellet for makroskopiske kalsittkrystaller , som presenterer betrakteren med to forskjøvede, ortogonalt polariserte bilder av det som sees gjennom dem. Det var denne effekten som ga Rasmus Bartholins første oppdagelse av et polarisasjonsfenomen i 1669. Videre er faseendringen, og dermed endringen i polarisasjonstilstanden, generelt frekvensavhengig, noe som i kombinasjon med dikroisme ofte gir stige til lyse farger og regnbuelignende effekter. I mineralogi blir slike egenskaper, kjent som pleokroisme , ofte utnyttet for å identifisere mineraler ved hjelp av mikroskoper med polarisert lys. Videre blir mange plaster som normalt ikke er dobbeltbrytende det når de utsettes for mekanisk påkjenning , et fenomen som er grunnlaget for fotoelastisitetsmetoder . [ 74 ] For å rotere den lineære polarisasjonen av lysstråler, i tillegg til den roterende polarisatoren , er det kikkerter som bruker total intern refleksjon i et sett med prismer designet for å oppnå effektiv kollineær transmisjon. [ 75 ]

Medier som reduserer amplituden til visse polarisasjonsmoduser kalles dichroics , med enheter som blokkerer nesten all stråling i enheter kjent som polarisasjonsfiltre eller ganske enkelt polarisatorer . Malus lov, oppkalt etter Étienne-Louis Malus , sier at når en perfekt polarisator plasseres på en lineært polarisert lysstråle, er intensiteten, I , til lyset som passerer gjennom den gitt av

I=I_{0}\cos 2}\theta i}\quad

hvor

I 0 er startintensiteten, og θ i er vinkelen mellom den opprinnelige polarisasjonsretningen til lyset og aksen til polarisatoren. [ 74 ]

En stråle av upolarisert lys kan tenkes å inneholde en jevn blanding av lineære polarisasjoner i alle mulige vinkler. Siden gjennomsnittsverdien av er 1/2, blir overføringskoeffisienten $\cos 2}\theta$

{\frac {I}{I_{0}}}={\frac {1}{2}}\quad

I praksis går noe lys tapt i polarisatoren og den faktiske overføringen av upolarisert lys vil være noe lavere, ca. 38 % for polarisatorer av polaroid-typen, men betydelig høyere (>49,9 %) for noen typer dobbeltbrytende prismer. [ 52 ]

I tillegg til dobbeltbrytning og dikroisme i store medier, kan polarisasjonseffekter også forekomme ved (reflekterende) grensesnitt mellom to materialer med forskjellig brytningsindeks. Disse effektene behandles av Fresnel-ligningene . En del av bølgen overføres og en del reflekteres, og forholdet avhenger av innfallsvinkelen og brytningsvinkelen. På denne måten er fysisk optikk relatert til bølgefysikk gjennom parameteren kalt: Brewster angle . [ 52 ] Når lys reflekteres fra en tynn film til en overflate, kan interferens mellom refleksjonene fra filmoverflatene produsere polarisering i det reflekterte og transmitterte lyset.

Naturlig lys

De fleste kilder til elektromagnetisk stråling inneholder et stort antall atomer eller molekyler som sender ut lys. Orienteringen av de elektriske feltene som produseres av disse emitterne kan være ukorrelert , i hvilket tilfelle lyset sies å være "upolarisert." Hvis det er en delvis korrelasjon mellom emitterne, er lyset "delvis polarisert." Hvis polarisasjonen er konstant gjennom hele spekteret av kilden, kan delvis polarisert lys beskrives som en superposisjon av en fullstendig upolarisert og en fullstendig polarisert komponent. Lys kan beskrives i form av polarisasjonsgrad og ved parametrene til polarisasjonsellipsen. [ 52 ]

Når det reflekteres av gjennomsiktige og skinnende materialer, er det delvis eller helt polarisert, bortsett fra hvis lyset er normalt (vinkelrett) på overflaten. Det var denne effekten som gjorde at matematikeren Étienne-Louis Malus kunne gjøre målingene som førte til utviklingen av de første matematiske modellene av polarisert lys. Polarisering oppstår når lys spres i jordens atmosfære . Det spredte lyset produserer lysstyrken og fargen til den klare himmelen . Denne delvise polarisasjonen av spredt lys kan utnyttes ved å bruke polariserende filtre for å gjøre himmelen mørkere i visse fotografier . Optisk polarisering er først og fremst viktig i kjemi , på grunn av den sirkulære dikroismen og den optiske aktiviteten ("sirkulær dobbeltbrytning") som vises av optisk aktive kirale molekyler . [ 52 ]

Moderne optikk

Moderne optikk omfatter områder innen optisk vitenskap og ingeniørfag som ble populært på 1900 -tallet . Disse områdene innen optisk vitenskap er vanligvis opptatt av lysets elektromagnetiske eller kvanteegenskaper, men inkluderer andre emner. Et viktig delfelt av moderne optikk, kvanteoptikk , omhandler spesifikt de kvantemekaniske egenskapene til lys. Kvanteoptikk er ikke bare teoretisk; Noen moderne enheter, for eksempel lasere, har driftsprinsipper som kvantemekanikken beskriver. Lysdetektorer, som fotomultiplikatorer og kanaltroner , reagerer på enkeltfotoner. Elektroniske bildesensorer , som CCD - er, viser skuddstøy som tilsvarer enkeltfotonhendelsesstatistikk. Lysdioder og fotoelektriske celler kan heller ikke forstås uten kvantemekanikk. I studiet av disse enhetene overlapper kvanteelektronikk ofte med kvanteoptikk . [ 76 ]

Spesialitetsområder for optikkforskning inkluderer studiet av hvordan lys interagerer med spesifikke materialer, for eksempel i krystalloptikk og i metamaterialer . En annen forskningslinje fokuserer på fenomener assosiert med elektromagnetiske bølger som optiske singulariteter , bildeløs optikk , ikke- lineær optikk , statistisk optikk og radiometri . I tillegg har datateknikk vært interessert i integrert optikk , maskinsyn og optiske datamaskiner som mulige komponenter i "neste generasjon" av datamaskiner. [ 77 ]

I dag kalles den rene vitenskapen om optikk optisk vitenskap eller optisk fysikk for å skille den fra de anvendte optiske vitenskapene, som er kjent som optisk teknikk . Fremtredende underområder innen optisk teknikk inkluderer lysteknikk , fotonikk og optoelektronikk , med praktiske applikasjoner som optisk linsedesign, produksjon og testing av optiske komponenter og digital bildebehandling . Noen av disse feltene overlapper hverandre, med uklare grenser mellom begreper som beskriver de respektive disiplinene, noe som betyr litt forskjellige ting i forskjellige deler av verden og i forskjellige industriområder. Et profesjonelt fellesskap av forskere innen ikke-lineær optikk har utviklet seg de siste tiårene, takket være fremskritt innen laserteknologi . [ 78 ]

Laser

En laser er en enhet som sender ut lys (elektromagnetisk stråling) gjennom en prosess som kalles: stimulert emisjon . Begrepet laser er et akronym for det engelske uttrykket Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation . [ 79 ] Laserlys er generelt koherent , noe som betyr at det sendes ut i en smal, lavdivergensstråle , eller at det kan konverteres til en av disse strålene ved hjelp av optiske komponenter som linser . Fordi mikrobølgeekvivalenten til lasere, «maseren», ble utviklet først, kalles enheter som sender ut mikrobølge- og radiofrekvenser generelt «masere». [ 80 ]

Den første fungerende laseren ble introdusert 16. mai 1960 av Theodore Harold Maiman ved Hughes Research Laboratories . [ 82 ] Da de først ble oppfunnet, ble de kalt «en løsning som leter etter et problem». [ 83 ] Siden den gang har lasere blitt en industri med mange milliarder dollar, og har funnet nytte i tusenvis av vidt forskjellige bruksområder. Den første bruken av synlige lasere i dagliglivet til den generelle befolkningen var supermarkedets strekkodeskanner , introdusert i 1974. [ 84 ] Laserplatespilleren , introdusert i 1978, var det første vellykkede forbrukerproduktet som inkluderte en laser, men CD-en player var den første virkelig vanlige laserutstyrte enheten i forbrukerhjem, og startet i 1982. [ 85 ] Disse optiske lagringsenhetene bruker en laserdiode som er mindre enn en millimeter bred som skanner diskoverflaten for datagjenoppretting. Fiberoptisk kommunikasjon er avhengig av lasere for å overføre store mengder informasjon med lysets hastighet. Andre vanlige bruksområder for lasere inkluderer laserskrivere og laserpekere . De brukes også i medisin innen områder som generell kirurgi , refraktiv kirurgi og lasermikrodisseksjon ; så vel som i militære applikasjoner som anti-missilsystemer , elektro-optiske mottiltak og LIDAR -systemer . Lasere brukes også i holografi , 3D-gravering , laserskjermer og laserhårfjerning . [ 86 ]

I konstruksjonen brukes de som skjæreverktøy for metallplater ; i geodesi og topografi brukes laseravstandsmålere for nøyaktig måling av avstander (som i det ekstreme tilfellet med å måle avstanden mellom jorden og månen, ved å bruke speilene plassert på overflaten av satellitten ved forskjellige romoppdrag); og i aeronautisk navigasjon er de grunnlaget for ringlasergyroskoper .

På samme måte, i noen typer atomfusjonsreaktorer , brukes laserstråler med høy effekt for å nå de høye temperaturene som denne typen reaksjon krever.

Kapitsa–Dirac-effekten

Kapitsa -Dirac-effekten får partikkelstråler til å diffraktere som et resultat av å møte en stående bølge av lys. Lys kan brukes til å manipulere atomære eller molekylære fragmenter av materie, og utnytte egenskapene til dette fenomenet (se optisk pinsett ).

Applikasjoner

Optikk er en del av hverdagen. Allmennheten til visuelle systemer i biologi indikerer den sentrale rollen optikk spiller som en vitenskap om en av de fem sansene . Mange mennesker drar nytte av briller eller kontaktlinser , og optikk er avgjørende for driften av mange forbruksvarer, inkludert foto- , film- eller TV- kameraer . Regnbuer og luftspeilinger er eksempler på optiske fenomener. Fiberoptikk utgjør ryggraden for både Internett og moderne telefoni .

Menneskelig øye

Det menneskelige øyet fungerer ved å fokusere lys på et lag med fotoreseptorer kalt netthinnen , som danner den indre foringen av baksiden av øyet. Fokus oppnås gjennom en rekke transparente virkemidler. Lys som kommer inn i øyet, passerer først gjennom hornhinnen , som gir mye av øyets optiske kraft. Den fortsetter deretter gjennom væsken som finnes rett bak hornhinnen, inn i det fremre kammeret og passerer gjennom pupillen . Den passerer deretter gjennom linsen , som fokuserer lyset ytterligere og tillater fokusjustering, og passerer gjennom hoveddelen av væske inne i øyet, glasslegemet , og når netthinnen. De lysfølsomme cellene i netthinnen langs baksiden av øyet, bortsett fra der synsnerven går ut ; dette resulterer i en blindsone .

Det er to typer fotoreseptorceller, stenger og kjegler, som er følsomme for forskjellige aspekter av lys. [ 87 ] Kjegleceller er følsomme for lysintensitet over et bredt frekvensområde, og derfor er de ansvarlige for svart og hvitt syn . Staver er ikke til stede i fovea , området av netthinnen som er ansvarlig for sentralsyn, og er ikke så følsomme som kjegler for romlige og tidsmessige endringer i lys. Imidlertid er det tjue ganger så mange stenger som kjegler i netthinnen, fordi førstnevnte er tilstede over et større område. På grunn av deres bredere distribusjon, er stenger ansvarlige for perifert syn . [ 88 ]

I kontrast er kjegler mindre følsomme for generell lysintensitet, men de kommer i tre varianter som er følsomme for forskjellige frekvensområder, og brukes derfor i fargeoppfatning og fotopisk syn . Kjegleceller er sterkt konsentrert i fovea og har høy synsskarphet, noe som betyr at de er bedre i romlig oppløsning enn stavceller. Siden kjegler ikke er like følsomme for svakt lys som stenger, er de fleste nattsyn begrenset til stenger. På samme måte, fordi kjeglene er plassert i fovea, oppnås sentralsyn (inkludert synet som trengs for å utføre de fleste detaljerte oppgaver som å lese, sy eller nøye undersøkelse av gjenstander) av kjeglecellene. [ 88 ]

Ciliærmusklene rundt linsen lar øyet fokusere. Denne prosessen er kjent som overnatting . Presbyopi og far point definerer avstandene nærmest og lengst fra øyet der et objekt kan være i skarpt fokus. For en person med normalt syn er det fjerneste punktet på uendelig. Plasseringen av nærpunktet avhenger av hvor mye musklene kan øke linsens krumning og dens tap av fleksibilitet med alderen. Optometrister , øyeleger og optikere anser generelt at et passende nærpunkt er nærmere enn normal leseavstand, omtrent 25 cm. [ 87 ]

Synsfeil kan forklares ved hjelp av optiske prinsipper. Når folk blir eldre, blir linsen mindre fleksibel og nærpunktet beveger seg bort fra øyet, en tilstand kjent som presbyopi . På samme måte kan ikke personer som lider av langsynthet redusere brennvidden til linsen nok til å tillate at nære objekter kan sees på netthinnen. I kontrast oppstår nærsynthet når det fjerne punktet er betydelig nærmere enn uendelig. Et problem kjent som astigmatisme oppstår når hornhinnen ikke er sfærisk, men er mer buet i en bestemt retning. Dette fører til at horisontalt forlengede objekter fokuserer på netthinnen annerledes enn vertikalt utvidede objekter, og resulterer i forvrengte bilder. [ 87 ]

Alle disse funksjonsmanglene kan korrigeres med korrigerende linser . For presbyopi og hypermetropi bringer en linse nærpunktet nærmere øyet, mens for nærsynthet sender den det fjerne punktet til det uendelige. Astigmatisme korrigeres med en linse med en sylindrisk overflate som krummer sterkere i én retning enn en annen, og kompenserer for inkonsekvensen i hornhinnen. [ 89 ]

Den optiske kraften til korrigerende linser måles i dioptrier , en verdi som er lik inversen av brennvidden målt i meter. En positiv brennvidde tilsvarer en konvergerende linse og en negativ brennvidde tilsvarer en divergerende. For linser som også korrigerer astigmatisme, er det gitt tre tall: ett for den sfæriske kraften, ett for den sylindriske kraften og det tredje for orienteringsvinkelen til astigmatismen. [ 89 ]

Visuelle effekter

Optiske illusjoner (også kalt visuelle illusjoner) kjennetegnes ved å være visuelt oppfattede bilder som skiller seg fra objektiv virkelighet. Informasjonen som samles inn av øynene, behandles i hjernen for å gi en oppfatning som er forskjellig fra objektet som blir observert. Optiske illusjoner kan være et resultat av en rekke fenomener, inkludert fysiske effekter som skaper bilder som er forskjellige fra objektene som produserer dem, fysiologiske effekter på øynene og hjernen av overdreven stimulering (for eksempel lysstyrke, tilt, farge eller bevegelse) og kognitive illusjoner der øyet og hjernen produserer underbevisste slutninger. [ 90 ]

Kognitive illusjoner inkluderer noen som er et resultat av ubevisst feilanvendelse av visse optiske prinsipper. For eksempel er effekter som Ames-rommet , Hering-illusjonen , Müller-Lyer- illusjonen , Orbison -illusjonen , Ponzo-illusjonen , Sander -illusjonen og Wundt -illusjonen basert på å skape følelsen av avstand ved bruk av konvergering og divergerende linjer, på samme måte, slik at parallelle lysstråler (eller faktisk ethvert sett med parallelle linjer) ser ut til å konvergere ved et forsvinningspunkt i horisonten når de sees fra todimensjonalt perspektiv . [ 91 ] Dette forslaget er også ansvarlig for den berømte måneillusjonen , der månen, til tross for at den i hovedsak har samme vinkeldiameter , ser ut til å være mye større nær horisonten enn den gjør ved senit . [ 92 ] Denne illusjonen forvirret Ptolemaios , som feilaktig tilskrev den atmosfærisk brytning da han beskrev den i sin avhandling om optikk. [ 15 ]

En annen type optisk illusjon utnytter ødelagte mønstre for å lure sinnet til å oppfatte symmetrier eller asymmetrier som faktisk ikke er tilstede. Eksempler inkluderer kafeteriaveggillusjonen , Ehrensteins illusjon , Fraser -spiralillusjonen , Poggendorffs illusjon og Zöllner-illusjonen . Beslektede, men ikke strengt tatt ønsketenkning, er mønstrene som produseres av superposisjonen av periodiske strukturer. For eksempel produserer transparente stoffer med en rutenettstruktur former kjent som et "Moiré"-mønster , mens overlagringen av periodiske transparente mønstre som omfatter parallelle ugjennomsiktige linjer eller kurver gir lineære Moiré-mønstre. [ 93 ]

Optiske instrumenter

Enkle linser har en lang rekke bruksområder, inkludert fotografiske objektiver , korrigerende linser og forstørrelsesglass , mens enkle speil brukes i parabolske reflektorer og bakspeil . Kombinasjonen av ulike speil, prismer og linser produserer sammensatte optiske instrumenter som har ulike praktiske bruksområder. For eksempel består et periskop ganske enkelt av to flate speil som er justert slik at du kan se rundt en hindring. De mest kjente sammensatte optiske instrumentene i vitenskapen er mikroskopet og teleskopet , som ble utviklet av nederlenderne på slutten av 1500- tallet . [ 94 ]

Mikroskoper ble først utviklet med bare to linser: et objektiv og et okular . Objektivlinsen er i hovedsak et forstørrelsesglass, og ble designet med en veldig liten brennvidde , mens okularet vanligvis har lengre brennvidde. Dette har effekten av å produsere forstørrede bilder av objekter i nærheten. Generelt brukes en ekstra belysningskilde, siden forstørrede bilder er svakere på grunn av prinsippet om bevaring av energi og spredning av lysstråler over et større overflateareal. Moderne mikroskoper, kjent som sammensatte mikroskoper , har mange linser (vanligvis fire) for å optimere funksjonaliteten og forbedre bildestabiliteten. [ 94 ] En litt annen variasjon av mikroskop, stereomikroskopet , gjør det mulig å få to bilder av de undersøkte prøvene, som oppfattes i tre dimensjoner takket være bruken av et kikkertsystem . [ 95 ]

De første teleskopene, de såkalte refracting teleskopene , ble også utviklet med et enkelt objektiv og okularlinse. I motsetning til mikroskopet ble teleskopets objektivlinse designet med lang brennvidde for å unngå optiske aberrasjoner. Objektivet fokuserer et bilde av et fjerntliggende objekt i brennpunktet, som justeres for å plassere seg selv i brennpunktet til et okular med mye mindre brennvidde. Hovedformålet med et teleskop er ikke nødvendigvis forstørrelse, men snarere lyssamling, som bestemmes av den fysiske størrelsen på objektivlinsen. Derfor er teleskoper vanligvis navngitt etter diametrene til deres objektiver i stedet for etter forstørrelsen som kan oppnås ved å bytte okularer. Fordi forstørrelsen til et teleskop er lik brennvidden til objektivet delt på brennvidden til okularet, gir okularer med mindre brennvidde større forstørrelse. [ 94 ]

Siden det er mye vanskeligere å lage store linser enn å lage store speil, er de fleste moderne teleskoper reflekterende teleskoper , det vil si teleskoper som bruker et primærspeil i stedet for et objektiv. De samme generelle optiske betraktningene som gjelder for reflekterende teleskoper gjelder for refrakterende teleskoper, nemlig at jo større primærspeilet er, jo mer lys samles det, og forstørrelsen er lik brennvidden til primærspeilet dividert med brennvidden til det primære speilet. okular. Profesjonelle teleskoper har generelt ikke okularer, og i stedet er et elektronisk bildesystem (ofte en ladekoblet enhet ) festet til brennpunktet. [ 94 ]

Fotografering

Optikken til fotografering involverer både bruk av linser og mediet som den elektromagnetiske strålingen registreres på, enten det er en plate , film eller ladekoblet enhet . Fotografer må vurdere det gjensidige forholdet mellom kameraet og bildet, som oppsummeres av likheten

Effektiv eksponering = blenderåpningsområde x eksponeringstid x luminansen til scenen [ 96 ]

Med andre ord, jo mindre blenderåpning (gir større dybde i fokus), jo mindre lys kommer inn, så lukkerhastigheten må økes (noe som kan føre til et uskarpt bilde hvis det oppstår bevegelse). Et eksempel på bruken av gjensidighetsloven er 16/f-regelen , som gir en grov referanse til innstillingene som trengs for å estimere riktig eksponering på dagtid . [ 97 ]

Et kameras blenderåpning måles med et enhetsløst tall kalt "f" , f/#, ofte notert som , og gitt av $N$

f/\#=N={\frac {f}{D}}\

hvor er brennvidden og er diameteren til inngangsmembranhullet. Etter konvensjon blir "f/#" behandlet som et enkelt symbol, og spesifikke verdier av f/# skrives ved å erstatte hash - verdien med en numerisk verdi. De to måtene å øke brennvidden på er å redusere lukkerdiameteren eller å bytte til en lengre brennvidde (i tilfelle av zoom kan dette gjøres ganske enkelt ved å justere objektivet). Høyere f-tall har også større dybdeskarphet fordi objektivet nærmer seg grensen for et pinhole-kamera som kan bringe alle bilder i perfekt fokus, uavhengig av avstand, men krever svært lange eksponeringstider. [ 98 ] $F$ $D$

Synsfeltet som objektivet vil gi endres med objektivets brennvidde. Det er tre grunnleggende klassifiseringer basert på forholdet mellom diagonalstørrelsen på filmen eller størrelsen på kamerasensoren og brennvidden til objektivet: [ 99 ]

Normal linse : en synsvinkel på omtrent 50° (kalt «normal» fordi denne vinkelen regnes som omtrent ekvivalent med menneskelig syn [ 99 ] ) og en brennvidde omtrent lik diagonalen til filmen eller sensoren. [ 100 ]
Vidvinkelobjektiv : synsvinkel bredere enn 60° og brennvidde kortere enn et vanlig objektiv. [ 101 ]
Langfokusobjektiv - Smalere synsvinkel enn et vanlig objektiv. Dette er et objektiv med en brennvidde som er lengre enn diagonalmålet til filmen eller sensoren. [ 102 ] Den vanligste typen langfokusobjektiv er teleobjektivet , et design som bruker en spesiell "telegruppe" for å være fysisk kortere enn brennvidden. [ 103 ]

Moderne zums kan ha noen eller alle disse egenskapene.

Den absolutte verdien for den nødvendige eksponeringstiden avhenger av lysfølsomheten til mediet som brukes (målt i henhold til en skala for fotografisk følsomhet eller, for digitale medier, ved dets kvanteeffektivitet ). [ 104 ] Tidlig fotografering brukte medier som hadde svært liten følsomhet for lys, og eksponeringstidene måtte derfor være lange, selv for svært lyse bilder. Etter hvert som teknologien har blitt bedre, har også følsomheten blitt bedre takket være utviklingen av stadig mer allsidig film og digitale kameraer med bedre ytelse. [ 105 ]

Andre resultater av fysisk og geometrisk optikk gjelder kameraoptikk. For eksempel bestemmes den maksimale oppløsningsevnen til en bestemt kamerakonfigurasjon av diffraksjonsgrensen knyttet til størrelsen på lukkeren og omtrentlig av Rayleigh-kriteriet. [ 106 ]

Atmosfærisk optikk

Atmosfærens unike optiske egenskaper forårsaker et bredt spekter av spektakulære optiske fenomener. Den blå fargen på himmelen er et direkte resultat av Rayleigh-spredning som omdirigerer høyere frekvens (blått) sollys inn i observatørens synsfelt. Fordi blått lys spres lettere enn rødt lys, får solen en rødlig nyanse når den ses gjennom en tykk atmosfære, for eksempel under soloppgang eller solnedgang . Suspenderte partikler på himmelen kan spre forskjellige farger i forskjellige vinkler og skape lyse fargerik himmel ved skumring og daggry. Spredningen av iskrystaller og andre partikler i atmosfæren er ansvarlig for glorier , gløder , koronas , crepuskulære stråler og parhelia . Variasjonen i denne typen fenomener skyldes partiklenes forskjellige størrelser og geometrier. [ 107 ]

Mirages er optiske fenomener der lysstråler bøyes på grunn av termiske variasjoner som endrer brytningsindeksen til luft, og produserer forskjøvede eller sterkt forvrengte bilder av fjerne objekter. Andre spektakulære optiske fenomener knyttet til denne effekten inkluderer Nova Zembla-effekten der solen ser ut til å stå opp tidligere enn forventet med en forvrengt form. En annen iøynefallende form for brytning som oppstår under termisk inversjon er fenomenet kalt Fata Morgana , der gjenstander i horisonten eller til og med utenfor horisonten, som øyer, klipper, skip eller isfjell, virker langstrakte og hevet, som "fe". eventyrslott". [ 108 ]

Regnbuer er resultatet av en kombinasjon av intern refleksjon og dispersiv lysbrytning i regndråper. En enkelt refleksjon fra baksiden av en serie regndråper produserer en regnbue med en vinkelstørrelse på himmelen som varierer fra 40° til 42°, med fargen rød på utsiden. De to typene doble regnbuer produseres av to indre refleksjoner med en vinkelstørrelse på 50,5° til 54°, med fargen fiolett på utsiden. Fordi regnbuer sees med solen 180° fra sentrum av regnbuen, er de mer fremtredende jo nærmere solen er horisonten. [ 74 ]

Se også

Portal: Fysikk . Innhold relatert til fysikk .

Relatert lesning

Max Born, Emil Wolf (1991). Prinsipper for optikk . Pergamon Press Ltd. 0-08-026481-6 .
Født, Max; Wolf, Emil (2002). Prinsipper for optikk . Cambridge University Press. ISBN 1-139-64340-1 .
Hecht, Eugene (2002). Optikk (4 utgaver). Addison-Wesley Longman, Incorporated. ISBN 0-8053-8566-5 .
Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Fysikk for forskere og ingeniører (6, illustrert utgave). Belmont, CA: Thomson-Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7 .
Tipler, Paul A.; Fly, Gene (2004). Fysikk for forskere og ingeniører: elektrisitet, magnetisme, lys og elementær moderne fysikk 2 . W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0 .
Lipson, Stephen G.; Lipson, Henry; Tannhauser, David Stefan (1995). Optisk fysikk . Cambridge University Press. ISBN 0-521-43631-1 .
Fowles, Grant R. (1975). Introduksjon til moderne optikk . Courier Dover-publikasjoner. ISBN 0-486-65957-7 .
Optikk og fotonikk: Fysikk forbedrer våre liv av Physics Publishing Institute
Light and Matter - en åpen kildekode lærebok, som inneholder en behandling av optikk i kap. 28-32
Optics2001 - Optikkbibliotek og fellesskap
Fundamental Optics - Melles Griot Teknisk veiledning
Physics of Light and Optics - Brigham Young University Undergraduate Book

Wikibooks-moduler

Fysikkstudieveiledning/Optikk

Eksterne lenker

Wikimedia Commons er vert for et mediegalleri om Optikk .
Wikiversity er vertskap for læringsprosjekter om optikk .
Wikisource inneholder originale verk av eller på Optics .
Wikinews har nyheter relatert til optikk .
Wikibooks er vert for en bok eller manual om optikk .
Elektromagnetisk optikkbok (med gratis lisens, av Álvaro Tejero Cantero
Spanish Society of Optics - SEDOPTICA
Pure and Applied Optics - OPA, det vitenskapelige tidsskriftet til Spanish Society of Optics
Tradisjonell og moderne optikk. Monografi av Daniel Malacara
Introduksjon til optikk
Geometrisk optikkteori
Animerte romlige anamorfoser. Trompe l'oeils 3D
Geometrisk optikk
European Optical Society - lenke
American Optical Society (OSA) - lenke
SPIE - lenke
European Photonics Industry Consortium - lenke
Optical Society of India - lenke
Smartoptikk Optikk - Smartoptikk

Referanser

↑
- The Dictionary of the Royal Spanish Academy har en definisjon for optiker .
↑ SALVAT UNIVERSAL. Encyclopedic Dictionary (Sekstende, 1986-utgaven). Barcelona, Spania: Salvat Editores SA s. Bind 15; 351. ISBN 84-345-4703-1 . |fechaacceso=krever |url=( hjelp )
↑ a b McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology (5. utgave). McGraw-Hill. 1993.
↑ "Verdens eldste teleskop?" . BBC nyheter. 1. juli 1999. Arkivert fra originalen 1. februar 2009 . Hentet 3. januar 2010 .
↑ T. F. Hoad (1996). The Concise Oxford Dictionary of English Etymology . ISBN 0-19-283098-8 .
↑ A History Of The Eye hentet 2012-06-10.
↑ "Grunner. Sesjon IV: Lys, syn og farger i Descartes (mellom Aristoteles og Newton)» . www.fundacionorotava.org . Hentet 19. februar 2019 .
^ "Lysets natur (I) - El Sieve" . eltamiz.com . Hentet 19. februar 2019 .
↑ Empedokles tok feil når han snakket om lys som noe som " reiser" eller eksisterer i et gitt øyeblikk mellom jorden og dens omhylling, med en bevegelse som er umerkelig for oss; denne ideen er i strid med både argumentasjonsbeviset og de observerte fakta. avstanden som ble tilbakelagt var kort, kanskje denne bevegelsen ville være uobserverbar, men når avstanden er fra det ytterste øst til vest, fører det vår godtroenhet for langt." På sjelen, 419b, 25-30
^ Berryman, Sylvia (2016). Zalta, Edward N., red. Demokrit (Vinter 2016-utgaven). Metafysikkforskningslaboratorium, Stanford University . Hentet 10. januar 2022 .
↑ "Epicurus | Internet Encyclopedia of Philosophy» (på amerikansk engelsk) . Hentet 10. januar 2022 .
↑ T. L. Heath (2003). En manual for gresk matematikk . Courier Dover-publikasjoner. s. 181-182. ISBN 0-486-43231-9 .
↑ William R. Uttal (1983). Visuell formdeteksjon i 3-dimensjonalt rom . Psykologipresse. s. 25-. ISBN 978-0-89859-289-4 . Arkivert fra originalen 3. mai 2016.
↑ Euclid (1999). Elaheh Kheirandish, red. Den arabiske versjonen av Euklids optikk = Kitāb Uqlīdis fī ikhtilāf al-manāẓir . New York: Springer. ISBN 0-387-98523-9 .
^ a b Ptolemaios (1996). A. Mark Smith, red. Ptolemaios teori om visuell persepsjon: en engelsk oversettelse av optikken med introduksjon og kommentarer . DIANE Publishing. ISBN 0-87169-862-5 .
^ Adamson, Peter (2006). "Al-Kindi¯ og mottakelsen av gresk filosofi". I Adamson, Peter; Taylor, R.. Cambridge-følgesvennen til arabisk filosofi. Cambridge University Press. s. 45. ISBN 978-0-521-52069-0 .
↑ a b Rashed, Roshdi (1990). "En pioner innen anaklastikk: Ibn Sahl om brennende speil og linser". Isis 81 (3): 464-491. JSTOR 233423 . doi : 10.1086/355456 .
↑ Verma, RL (1969), Al-Hazen: far til moderne optikk .
↑ Hogendijk, Jan P.; Sabra, Abdelhamid I., red. (2003). The Enterprise of Science in Islam: New Perspectives . MIT Press. s. 85–118 . ISBN 0-262-19482-1 . OCLC 50252039 .
^ G. Hatfield (1996). Var den vitenskapelige revolusjonen virkelig en revolusjon innen vitenskapen? . I FJ Ragep; P.Sally; SJ Livesey, red. Tradisjon, overføring, transformasjon: Proceedings of Two Conferences on Pre-modern Science holdt ved University of Oklahoma . Brill forlag. s. 500. ISBN 90-04-10119-5 . Arkivert fra originalen 27. april 2016.
^ Nader El-Bizri (2005). "Et filosofisk perspektiv på Alhazens optikk" . Arabiske vitenskaper og filosofi 15 (2): 189-218. doi : 10.1017/S0957423905000172 .
^ Nader El-Bizri (2007). "Til forsvar for filosofiens suverenitet: al-Baghdadis kritikk av Ibn al-Haythams geometrisering av sted" . Arabiske vitenskaper og filosofi 17 : 57-80. doi : 10.1017/S0957423907000367 .
↑ G.Simon (2006). "Blikket i Ibn al-Haytham". The Medieval History Journal 9:89 . doi : 10.1177/097194580500900105 .
↑ Ian P. Howard; Brian J. Rogers (1995). Kikkertsyn og stereopsis . Oxford University Press. s. 7. ISBN 978-0-19-508476-4 . Arkivert fra originalen 6. mai 2016.
↑ Elena Agazzi; Enrico Gianetto; Franco Giudice (2010). Å representere lys på tvers av kunst og vitenskap: teorier og praksis . V&R unipress GmbH. s. 42. ISBN 978-3-89971-735-8 . Arkivert fra originalen 10. mai 2016.
↑ El-Bizri, Nader (2010). "Klassisk optikk og perspektivtradisjonene som fører til renessansen" . I Hendrix, John Shannon ; Carman, Charles H., red. Renessanseteorier om syn (visuell kultur i tidlig modernitet) . Farnham, Surrey: Ashgate . s. 11 –30. ISBN 1-409400-24-7 . ; El-Bizri, Nader (2014). "Se virkeligheten i perspektiv: 'The Art of Optics' og 'Science of Painting ' ". I Lupacchini, Rossella; Angelini, Annarita, red. The Art of Science: From Perspective Drawing to Quantum Randomness . Doredrecht: Springer. s. 25-47.
↑ DC Lindberg, Theories of Vision fra al-Kindi til Kepler , (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), s. 94–99.
^ Vincent, Ilardi (2007). Renessansesyn fra briller til teleskoper . Philadelphia, PA: American Philosophical Society. s. 4 – 5. ISBN 978-0-87169-259-7 .
↑ '''Galileo-prosjektet > Vitenskap > Teleskopet''' av Al Van Helden '' Galileo.rice.edu. Hentet 2012-06-10.
↑ Henry C. King (2003). Teleskopets historie . Courier Dover-publikasjoner. s. 27. ISBN 978-0-486-43265-6 . Arkivert fra originalen 17. juni 2016.
↑ Paul S. Agutter; Denys N. Wheatley (2008). Å tenke på livet: Biologiens og andre vitenskapers historie og filosofi . Springer. s. 17. ISBN 978-1-4020-8865-0 . Arkivert fra originalen 16. mai 2016.
^ Ilardi, Vincent (2007). Renessansesyn fra briller til teleskoper . American Philosophical Society. s. 210. ISBN 978-0-87169-259-7 . Arkivert fra originalen 3. mai 2016.
↑ Microscopes: Time Line , Nobel Foundation. Hentet 3. april 2009
^ Watson, Fred (2007). Stargazer: The Life and Times of the Telescope . Allen & Unwin. s. 55. ISBN 978-1-74175-383-7 . Arkivert fra originalen 8. mai 2016.
^ Ilardi, Vincent (2007). Renessansesyn fra briller til teleskoper . American Philosophical Society. s. 244. ISBN 978-0-87169-259-7 . Arkivert fra originalen 26. mai 2016.
↑ Caspar, Kepler , s. 198–202 , Courier Dover Publications, 1993, ISBN 0-486-67605-6 .
↑ a b A.I. Sabra (1981). Teorier om lys, fra Descartes til Newton . CUP-arkivet. ISBN 0-521-28436-8 .
↑ W. F. Magie (1935). En kildebok i fysikk . Harvard University Press. s. 309 .
↑ JC Maxwell (1865). " En dynamisk teori om det elektromagnetiske feltet ". Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155 : 459. Bibcode : 1865RSPT..155..459C . doi : 10.1098/rstl.1865.0008 .
↑ AP fransk. Spesiell relativitetsteori, bind 1 . Revert, 1996. s. 43 av 341. ISBN 9788429140972 . Hentet 12. februar 2018 .
^ For en bedre tilnærming av Plancks intellektuelle motivasjon for kvanter, se H. Kragh, Max Planck: the motvillige revolusjonæren Arkivert 2012-04-1 ved Wayback Machine , Physics World . desember 2000.
↑ Einstein, A. (1967). "På et heuristisk synspunkt angående produksjon og transformasjon av lys" . I Ter Haar, D., red. Den gamle kvanteteorien . Pergamon. s. 91-107 . Hentet 18. mars 2010 . ( brutt lenke tilgjengelig på Internet Archive ; se historikk , første og siste versjon ). Kapitlet er en engelsk oversettelse av Einsteins artikkel fra 1905 om den fotoelektriske effekten.
^ Einstein, A. (1905). «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt» [Om et heuristisk synspunkt på produksjon og transformasjon av lys]. Annalen der Physik (på tysk) 322 (6): 132-148. Bibcode : 1905AnP...322..132E . doi : 10.1002/andp.19053220607 .
^ "Om grunnloven av atomer og molekyler" . Filosofisk magasin . 26, serie 6: 1-25. 1913. Arkivert fra originalen 4. juli 2007. . Nøkkelartikkel om Bohr-atommodellen og den kovalente bindingen .
^ R. Feynman (1985). «Kapittel 1» . QED: Den merkelige teorien om lys og materie . Princeton University Press. s. 6 . ISBN 0-691-08388-6 .
↑ N.Taylor (2000). LASER: Oppfinneren, nobelprisvinneren og den tretti år lange patentkrigen . New York: Simon & Schuster. ISBN 0-684-83515-0 .
↑ Ariel Lipson; Stephen G. Lipson; Henry Lipson (28. oktober 2010). Optisk fysikk . Cambridge University Press. s. 48. ISBN 978-0-521-49345-1 . Arkivert fra originalen 2013-05-28 . Hentet 12. juli 2012 .
↑ Arthur Schuster (1904). En introduksjon til teorien om optikk . E. Arnold. s. 41. Arkivert fra originalen 13. mai 2016.
^ J. E. Greivenkamp (2004). Feltguide til geometrisk optikk. SPIE Field Guides Vol. FG01. SPIE. s. 19-20. ISBN 0-8194-5294-7 .
↑ a b c d e f g h i j H. D. Young (1992). "35". Universitetsfysikk 8e . Addison-Wesley. ISBN 0-201-52981-5 .
^ Marchand, EW (1978). Gradientindeksoptikk . New York: Academic Press.
↑ a b c d e f g h i j k l m E. Hecht (1987). Optikk (2. utgave). Addison Wesley. ISBN 0-201-11609-X . Kapittel 5 og 6.
^ MV Klein & TE Furtak, 1986, Optics, John Wiley & Sons, New York ISBN 0-471-87297-0 .
↑ Maxwell, James Clerk (1865). "En dynamisk teori om det elektromagnetiske feltet" (PDF) . Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155 :499 . doi : 10.1098/rstl.1865.0008 . Arkivert fra originalen 28. juli 2011. Denne artikkelen fulgte en presentasjon 8. desember 1864 av Maxwell til Royal Society. Se også En dynamisk teori om det elektromagnetiske feltet .
^ M. Born og E. Wolf (1999). Prinsippet for optikk. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-64222-1 .
↑ J. Goodman (2005). Introduksjon til Fourier Optikk (3. utgave, utgave). Roberts & Co Publishers. ISBN 0-9747077-2-4 .
↑ A. E. Siegman (1986). Lasere . Universitetsvitenskapelige bøker. ISBN 0-935702-11-3 . kapittel 16
↑ a b c d H.D. Young (1992). Universitetsfysikk 8e . Addison-Wesley. ISBN 0-201-52981-5 . Kapittel 37
↑ a b P. Hariharan (2003). Optisk interferometri (2. utgave). San Diego, USA: Academic Press. ISBN 0-12-325220-2 . Arkivert fra originalen 6. april 2008.
↑ E. R. Hoover (1977). Cradle of Greatness: National and World Achievements of Ohio's Western Reserve . Cleveland: Shaker Savings Association.
↑ J. L. Aubert (1760). Memoires pour l'histoire des sciences et des beaux arts . Paris: Visn. fra SAS; Chez E. Ganeau. s. 149.
^ D. Brewster (1831). En avhandling om optikk . London: Longman, Rees, Orme, Brown & Green og John Taylor. s. 95.
↑ R. Hooke (1665). Mikrografi: eller, Noen fysiologiske beskrivelser av små kropper laget av forstørrelsesglass . London: J. Martyn og J. Allestry. ISBN 0-486-49564-7 .
^ H. W. Turnbull (1940–1941). "Tidlige skotske forhold til Royal Society: I. James Gregory, FRS (1638–1675)". Notes and Records of the Royal Society of London 3 : 22. JSTOR 531136 . doi : 10.1098/rsnr.1940.0003 .
↑ T. Rothman (2003). Alt er relativt og andre fabler innen vitenskap og teknologi . New Jersey: Wiley. ISBN 0-471-20257-6 .
↑ a b c d H.D. Young (1992). Universitetsfysikk 8e . Addison-Wesley. ISBN 0-201-52981-5 . Kapittel 38
^ R.S. Longhurst (1968). Geometrisk og fysisk optikk, 2. utgave . London: Longmans.
↑ Lucky Exposures: Diffraksjonsbegrenset astronomisk avbildning gjennom atmosfæren av Robert Nigel Tubbs
↑ CF Bohren & DR Huffman (1983). Absorpsjon og spredning av lys av små partikler . Wiley. ISBN 0-471-29340-7 .
^ a b J.D. Jackson (1975). Klassisk elektrodynamikk (2. utgave). Wiley. s. 286 . ISBN 0-471-43132-X .
↑ a b R. Ramaswami; K. N. Sivarajan (1998). Optiske nettverk: et praktisk perspektiv . London: Academic Press. ISBN 0-12-374092-4 . Arkivert fra originalen 27. oktober 2015.
↑ Brillouin, Leon. Bølgeutbredelse og gruppehastighet . Academic Press Inc., New York (1960)
^ M. Born & E. Wolf (1999). Prinsippet for optikk . Cambridge: Cambridge University Press. s. 14-24. ISBN 0-521-64222-1 .
↑ abcdf H.D. Young ( 1992 ) . Universitetsfysikk 8e . Addison-Wesley. ISBN 0-201-52981-5 . Kapittel 34
↑ F. J. Duarte (2015). Tunbar laseroptikk (2. utgave). New York: CRC. s. 117-120. ISBN 978-1-4822-4529-5 . Arkivert fra originalen 2. april 2015.
↑ D. F. Walls og G. J. Milburn Quantum Optics (Springer 1994)
↑ Alastair D. McAulay (16. januar 1991). Optiske datamaskinarkitekturer: anvendelse av optiske konsepter på neste generasjons datamaskiner . Wiley. ISBN 978-0-471-63242-9 . Arkivert fra originalen 29. mai 2013 . Hentet 12. juli 2012 .
↑ Y.R. Shen (1984). Prinsippene for ikke-lineær optikk . New York, Wiley-Interscience. ISBN 0-471-88998-9 .
^ "laser" . Reference.com . Arkivert fra originalen 31. mars 2008 . Hentet 15. mai 2008 .
↑ Charles H. Townes – Nobelforelesning nobelprize.org
^ "VLTs kunstige stjerne" . Ukens bilde fra ESO . Arkivert fra originalen 3. juli 2014 . Hentet 25. juni 2014 .
↑ CH Townes arkivdato=2008-05-17. «De første laserne» . Universitetet i Chicago . Hentet 15. mai 2008 .
↑ C. H. Townes (2003). «De første laserne» . I Laura Garwin; Tim Lincoln, red. Et århundre med natur: tjueen oppdagelser som forandret vitenskapen og verden . University of Chicago Press. s. 107–12 . ISBN 0-226-28413-1 .
↑ Hva er en strekkode? denso-wave.com
^ "Hvordan CD-en ble utviklet" . BBC nyheter. 17. august 2007. Arkivert fra originalen 18. februar 2012 . Hentet 17. august 2007 .
↑ J. Wilson & J.F.B. Hawkes (1987). Lasere: Prinsipper og anvendelser, Prentice Hall International Series in Optoelectronics . Prentice Hall. ISBN 0-13-523697-5 .
↑ abc D. Atchison & G. Smith (2000). Optikk av det menneskelige øyet . Elsevier. ISBN 0-7506-3775-7 .
↑ a b E.R. Kandel; JH Schwartz; T.M. Jessell (2000). Prinsipper for nevralvitenskap (4. utgave). New York: McGraw-Hill. s. 507–513 . ISBN 0-8385-7701-6 .
↑ a b D. Meister. Oftalmisk linsedesign . OptiCampus.com. Arkivert fra originalen 27. desember 2008 . Hentet 12. november 2008 .
↑ J. Bryner (2. juni 2008). "Nøkkelen til alle optiske illusjoner oppdaget" . LiveScience.com. Arkivert fra originalen 5. september 2008.
↑ Geometrien til forsvinningspunktets konvergens
↑ "The Moon Illusion Explained" , 4. desember 2015, Don McCready, University of Wisconsin-Whitewater
↑ A.K. Jain; M. Figueiredo; J. Zerubia (2001). Energiminimeringsmetoder i datasyn og mønstergjenkjenning . Springer. ISBN 978-3-540-42523-6 .
↑ a b c d H.D. Young (1992). "36". Universitetsfysikk 8e . Addison-Wesley. ISBN 0-201-52981-5 .
↑ PE Nothnagle; W. Chambers; MW Davidson. "Introduksjon til stereomikroskopi" . Nikon Microscopy U. Arkivert fra originalen 16. september 2011.
↑ Samuel Edward Sheppard og Charles Edward Kenneth Mees (1907). Undersøkelser om teorien om den fotografiske prosessen . Longmans, Green og Co. s. 214.
^ BJ Suess (2003). Mestring av svart-hvitt-fotografering . Allworth Communications. ISBN 1-58115-306-6 .
↑ M. J. Langford (2000). Grunnleggende fotografi . Fokus Trykk. ISBN 0-240-51592-7 .
^ a b Warren, Bruce (2001). Fotografering . Cengage læring. s. 71. ISBN 978-0-7668-1777-7 . Arkivert fra originalen 19. august 2016.
↑ Leslie D. Stroebel (1999). Se kamerateknikk . Fokus Trykk. ISBN 0-240-80345-0 .
↑ S. Simmons (1992). Bruke visningskameraet . Amphoto bøker. s. 35 . ISBN 0-8174-6353-4 .
^ Sidney F. Ray (2002). Anvendt fotografisk optikk: linser og optiske systemer for fotografering, film, video, elektronisk og digital bildebehandling . Fokus Trykk. s. 294. ISBN 978-0-240-51540-3 . Arkivert fra originalen 19. august 2016.
↑ New York Times Staff (2004). The New York Times Guide to Essential Knowledge . Macmillan. ISBN 978-0-312-31367-8 .
^ RR Carlton; A. McKenna Adler (2000). Prinsipper for radiografisk avbildning: en kunst og en vitenskap . Thomson Delmar læring. ISBN 0-7668-1300-2 .
↑ W. Crawford (1979). The Keepers of Light: A History and Working Guide to Early Photographic Processes . Dobbs Ferry, New York: Morgan & Morgan. s. 20. ISBN 0-87100-158-6 .
↑ J. M. Cowley (1975). Diffraksjonsfysikk . Amsterdam: Nord-Holland. ISBN 0-444-10791-6 .
↑ CD Ahrens (1994). Meteorology Today: en introduksjon til vær, klima og miljø (5. utgave). West Publishing Company. s. 88–89 . ISBN 0-314-02779-3 .
↑ A. Young. "En introduksjon til Mirages" . Arkivert fra originalen 10. januar 2010.