De fysisk optikk Det er den delen av optikken som studerer bølgenaturen til lys og de fysiske fenomenene som bare forstås fra bølgemodellen. Den studerer også fenomenene interferens, polarisering, diffraksjon og andre fenomener som ikke kan forklares fra geometrisk optikk..
Bølgemodellen definerer lys som en elektromagnetisk bølge hvis elektriske og magnetiske felt svinger vinkelrett på hverandre..
Det elektriske feltet (OG) av lysbølgen oppfører seg på samme måte som magnetfeltet (B), men det elektriske feltet dominerer over magnetfeltet på grunn av Maxwells forhold (1831-1879), som etablerer følgende:
OG= cB
Hvor c = Hastighet av bølgeforplantning.
Fysisk optikk forklarer ikke atomenes absorpsjon og utslippsspekter. På den annen side adresserer kvanteoptikk studiet av disse fysiske fenomenene.
Artikkelindeks
Historien om fysisk optikk begynner med eksperimentene utført av Grimaldi (1613-1663), som observerte at skyggen som ble kastet av et opplyst objekt virket bredere og var omgitt av fargede striper.
Han kalte det observerte fenomenet diffraksjon. Hans eksperimentelle arbeid fikk ham til å foreslå bølgenaturen til lys, i motsetning til Isaac Newtons forestilling som rådet i løpet av 1700-tallet..
Det newtonske paradigmet slo fast at lyset oppførte seg som en stråle av små kropper som beveget seg i høy hastighet i rettlinjede baner.
Robert Hooke (1635-1703) forsvarte lysets bølgenatur i sine studier om farge og refraksjon, og sa at lys oppførte seg som en lydbølge som raskt forplantet seg raskt gjennom et materialmedium..
Senere konsoliderte Huygens (1629-1695), basert på Hookes ideer, bølgeteorien om lys i sin Jeg prøvde de la lumière (1690) der han antar at lysbølgene som sendes ut av lyslegemer forplanter seg gjennom et subtilt og elastisk medium kalt eter.
Huygens 'bølgeteori forklarer refleksjon, refraksjon og diffraksjonsfenomener mye bedre enn Newtons korpuskulære teori, og viser at lysets hastighet avtar når man beveger seg fra et mindre tett medium til et tettere..
Huygens ideer ble ikke akseptert av datidens forskere av to grunner. Den første var umuligheten av å forklare definisjonen på tilfredsstillende måte eter, og det andre var Newtons prestisje rundt hans teori om mekanikk som påvirket et stort flertall forskere til å bestemme seg for å støtte det korpuskulære paradigmet for lys..
På begynnelsen av 1800-tallet lyktes Tomas Young (1773-1829) å få det vitenskapelige samfunnet til å akseptere Huygens 'bølgemodell basert på resultatene av hans lysinterferenseksperiment. Eksperimentet tillot å bestemme bølgelengdene til de forskjellige fargene.
I 1818 omarbeidet Fresnell (1788-1827) Huygens 'bølgeteori basert på interferensprinsippet. Han forklarte også fenomenet lysbryting, som tillot ham å bekrefte at lys er en tverrbølge.
I 1808 forklarte Arago (1788-1853) og Malus (1775-1812) fenomenet polarisering av lys fra bølgemodellen.
De eksperimentelle resultatene fra Fizeau (1819-1896) i 1849 og Foucalt (1819-1868) i 1862 gjorde det mulig å verifisere at lys forplantes raskere i luft enn i vann, i strid med forklaringen fra Newton..
I 1872 publiserte Maxwell sin Avhandling om elektrisitet og magnetisme, der han angir ligningene som syntetiserer elektromagnetisme. Fra ligningene hans fikk han bølgelikningen som tillot å analysere oppførselen til en elektromagnetisk bølge.
Maxwell fant at forplantningshastigheten til en elektromagnetisk bølge er relatert til forplantningsmediet og sammenfaller med lysets hastighet, og konkluderte med at lyset er en elektromagnetisk bølge.
Endelig klarer Hertz (1857-1894) i 1888 å produsere og oppdage elektromagnetiske bølger og bekrefter at lys er en type elektromagnetisk bølge.
Fysisk optikk studerer fenomenene knyttet til bølgenaturen til lys, som interferens, diffraksjon og polarisering.
Forstyrrelse er fenomenet der to eller flere lysbølger overlapper hverandre, og eksisterer samtidig i samme region av rommet og danner bånd med sterkt og mørkt lys..
Lyse bånd produseres når flere bølger legges sammen for å produsere en bølge med større amplitude. Denne typen forstyrrelser kalles konstruktiv forstyrrelse..
Når bølger overlapper for å produsere en lavere amplitudebølge, kalles forstyrrelsen destruktiv interferens, og bånd av mørkt lys produseres..
Måten de fargede båndene fordeler seg på, kalles interferensmønsteret. Forstyrrelser kan sees i såpebobler eller oljelag på en våt vei.
Fenomenet diffraksjon er endringen i forplantningsretningen som lysbølgen opplever når den treffer et hinder eller åpning, og endrer dens amplitude og fase..
I likhet med interferensfenomenet, er diffraksjon resultatet av superposisjonen til sammenhengende bølger. To eller flere lysbølger er sammenhengende når de svinger med samme frekvens og opprettholder et konstant faseforhold.
Etter hvert som hindringen blir mindre og mindre sammenlignet med bølgelengden, dominerer fenomenet diffraksjon over fenomenet refleksjon og refraksjon for å bestemme fordelingen av lysbølgestrålene når den treffer hindringen..
Polarisering er det fysiske fenomenet der bølgen vibrerer i en enkelt retning vinkelrett på planet som inneholder det elektriske feltet. Hvis bølgen ikke har en fast formeringsretning, sies det at bølgen ikke er polarisert. Det er tre typer polarisering: lineær polarisering, sirkulær polarisering og elliptisk polarisering..
Hvis bølgen vibrerer parallelt med en fast linje som beskriver en rett linje i polariseringsplanet, sies det å være lineært polarisert.
Når den elektriske feltvektoren til bølgen beskriver en sirkel i planet vinkelrett på samme forplantningsretning, og holder størrelsen konstant, sies det at bølgen er sirkulært polarisert.
Hvis den elektriske feltvektoren til bølgen beskriver en ellipse i planet vinkelrett på samme forplantningsretning, sies det at bølgen er elliptisk polarisert.
Det er et filter som bare lar en del av lyset som er orientert i en enkelt spesifikk retning passere gjennom det uten å la de bølgene som er orientert i andre retninger passere..
Det er den geometriske overflaten der alle delene av en bølge har samme fase.
Amplitude er maksimal forlengelse av en bølge. Fasen av en bølge er vibrasjonstilstanden på et øyeblikk. To bølger er i fase når de har samme vibrasjonstilstand.
Det er vinkelen på lyset der den reflekterte lysbølgen fra kilden er fullpolarisert.
Lys som ikke er synlig for menneskets øye i det elektromagnetiske strålingsspekteret på 700nm til 1000μm.
Det er en hastighetskonstant for forplantning av lysbølgen i vakuum hvis verdi er 3 × 108m / s. Verdien av lysets hastighet varierer når den forplantes i et materialmedium.
Måling av avstanden mellom en kam og en annen kam eller mellom en dal og en annen bølgedal når den forplantes.
Ikke-synlig elektromagnetisk stråling med spekter av bølgelengder mindre enn 400nm.
Nedenfor er noen fysiske optiske lover som beskriver fenomenene polarisering og interferens.
1. To lysbølger med lineære, sammenhengende og ortogonale polarisasjoner forstyrrer ikke hverandre for å danne et interferensmønster.
2. To lysbølger med lineære, sammenhengende og parallelle polarisasjoner kan forstyrre i et område av rommet.
3. To bølger av naturlig lys med lineære, ikke-koherente og ortogonale polarisasjoner forstyrrer ikke hverandre for å danne et interferensmønster..
Malus's lov sier at intensiteten av lys som overføres av en polarisator, er direkte proporsjonal med kvadratet til cosinusen til vinkelen som danner polarisatorens overføringsakse og polarisasjonsaksen for det innfallende lyset. Med andre ord:
Jeg = jeg0costoθ
Jeg =Intensitet av lys overført av polarisatoren
θ = Vinkel mellom overføringsaksen og polarisasjonsaksen til den innfallende strålen
Jeg0 = Hendelse lysintensitet
Lysstrålen som reflekteres av en overflate er fullpolarisert, i retningen som er normal mot lysets innfallsvinkel, når vinkelen mellom den reflekterte strålen og den refrakterte strålen er lik 90.
Noen av anvendelsene av fysisk optikk er i studiet av flytende krystaller, i utformingen av optiske systemer og i optisk metrologi.
Flytende krystaller er materialer som holdes mellom fast tilstand og flytende tilstand, hvis molekyler har et dipolmoment som induserer en polarisering av lyset som faller på dem. Fra denne eiendommen er det utviklet skjermer for kalkulatorer, skjermer, bærbare datamaskiner og mobiltelefoner..
Optiske systemer brukes ofte i hverdagen, vitenskapen, teknologien og helsevesenet. Optiske systemer gjør det mulig å behandle, registrere og overføre informasjon fra lyskilder som sol, LED, wolframlampe eller laser. Eksempler på optiske systemer er diffraktometeret og interferometeret.
Det er ansvarlig for å foreta høyoppløselige målinger av fysiske parametere basert på lysbølgen. Disse målingene er gjort med interferometre og brytningsinstrumenter. I det medisinske området brukes metrologi til kontinuerlig å overvåke pasientens vitale tegn.
Poshakinskiy og Poddubny (1) viste at nanometriske partikler med vibrasjonsbevegelse kan manifestere en optisk-mekanisk effekt som den som ble foreslått av Kerker et al (2) i 1983.
Kerker-effekten er et optisk fenomen som består i å oppnå en sterk retningsretning av lys spredt av magnetiske sfæriske partikler. Denne retningsbestemmelsen krever at partiklene har magnetiske responser med samme intensitet som de elektriske kreftene..
Kerker-effekten er et teoretisk forslag som krever materialpartikler med magnetiske og elektriske egenskaper som for tiden ikke eksisterer i naturen. Poshakinskiy og Poddubny oppnådde den samme effekten på nanometriske partikler, uten signifikant magnetisk respons, som vibrerer i rommet..
Forfatterne demonstrerte at partikkelvibrasjoner kan skape passende forstyrrende magnetiske og elektriske polarisasjoner, fordi magnetiske og elektriske polaritetskomponenter av samme størrelsesorden blir indusert i partikkelen når man vurderer uelastisk spredning av lys..
Forfatterne foreslår anvendelse av den optisk-mekaniske effekten i nanometriske optiske enheter ved å få dem til å vibrere ved bruk av akustiske bølger..
Dhatchayeny og Chung (3) foreslår et eksperimentelt ekstrakorporalt optisk kommunikasjonssystem (OEBC) som kan overføre vitale tegninformasjon til mennesker gjennom applikasjoner på mobiltelefoner med Android-teknologi. Systemet består av et sett med sensorer og en diodekonsentrator (LED-array).
Sensorer plasseres på forskjellige deler av kroppen for å oppdage, behandle og kommunisere vitale tegn som puls, kroppstemperatur og respirasjonsfrekvens. Data samles inn via LED-arrayet og overføres gjennom mobiltelefonkameraet med den optiske appen.
LED-matrisen avgir lys i Rayleigh Gans Debye (RGB) spredningsbølgelengdeområdet. Hver farge og fargekombinasjon av det utsendte lyset er relatert til vitale tegn.
Systemet foreslått av forfatterne kan lette overvåking av vitale tegn på en pålitelig måte, siden feilene i eksperimentelle resultater var minimale..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.