The fyzikální optika Je to část optiky, která studuje vlnovou povahu světla a fyzikální jevy, které jsou chápány pouze z vlnového modelu. Rovněž studuje jevy interference, polarizace, difrakce a další jevy, které nelze z geometrické optiky vysvětlit..
Vlnový model definuje světlo jako elektromagnetickou vlnu, jejíž elektrické a magnetické pole oscilují kolmo na sebe..
Elektrické pole (A) světelné vlny se chovají podobně jako její magnetické pole (B), ale elektrické pole převládá nad magnetickým polem kvůli Maxwellovu vztahu (1831-1879), který stanoví následující:
A= cB
Kde C = Rychlost šíření vln.
Fyzikální optika nevysvětluje absorpční a emisní spektrum atomů. Na druhou stranu se kvantová optika zabývá studiem těchto fyzikálních jevů.
Rejstřík článků
Historie fyzikální optiky začíná experimenty, které provedl Grimaldi (1613-1663), který pozoroval, že stín vrhaný osvětleným objektem vypadal širší a byl obklopen barevnými pruhy.
Nazval pozorovaný jev difrakcí. Jeho experimentální práce ho vedla k tomu, aby navrhl vlnovou povahu světla, na rozdíl od koncepce Isaaca Newtona, která převládala v 18. století..
Newtonovské paradigma stanovilo, že světlo se chovalo jako paprsek malých krvinek, které se pohybovaly vysokou rychlostí v přímých trajektoriích.
Robert Hooke (1635-1703) ve svých studiích zabývajících se barvou a lomem hájil vlnovou povahu světla a uvedl, že světlo se chovalo jako zvuková vlna šířící se rychle téměř okamžitě hmotným médiem..
Později Huygens (1629-1695) na základě Hookeových myšlenek upevnil vlnovou teorii světla ve svém Zkusil jsem de la lumière (1690), ve kterém předpokládá, že světelné vlny vyzařované světelnými tělesy se šíří jemným a elastickým prostředím zvaným éter.
Huygensova vlnová teorie vysvětluje odraz, lom a difrakční jevy mnohem lépe než Newtonova korpuskulární teorie a ukazuje, že rychlost světla klesá při přechodu z méně hustého média do hustšího..
Huygensovy myšlenky tehdejší vědci nepřijali ze dvou důvodů. První byla nemožnost uspokojivého vysvětlení definice éter, a druhá byla prestiž Newtona kolem jeho teorie mechaniky, která ovlivnila velkou většinu vědců, aby se rozhodli podpořit korpuskulární paradigma světla..
Na začátku 19. století se Tomasovi Youngovi (1773-1829) podařilo přimět vědeckou komunitu k přijetí Huygensova vlnového modelu na základě výsledků jeho experimentu s interferencí světla. Experiment umožnil určit vlnové délky různých barev.
V roce 1818 Fresnell (1788-1827) přepracoval Huygensovu vlnovou teorii založenou na principu interference. Vysvětlil také fenomén dvojlomu světla, který mu umožnil potvrdit, že světlo je příčná vlna.
V roce 1808 Arago (1788-1853) a Malus (1775-1812) vysvětlili fenomén polarizace světla z vlnového modelu.
Experimentální výsledky Fizeaua (1819-1896) v roce 1849 a Foucalta (1819-1868) v roce 1862 umožnily ověřit, že světlo se šíří rychleji ve vzduchu než ve vodě, což je v rozporu s vysvětlením Newtona..
V roce 1872 vydal Maxwell svůj Pojednání o elektřině a magnetismu, ve kterém uvádí rovnice, které syntetizují elektromagnetismus. Ze svých rovnic získal vlnovou rovnici, která umožňovala analyzovat chování elektromagnetické vlny.
Maxwell zjistil, že rychlost šíření elektromagnetické vlny souvisí s médiem šíření a shoduje se s rychlostí světla, a dospěl k závěru, že světlo je elektromagnetická vlna.
A konečně, Hertz (1857-1894) v roce 1888 dokázal produkovat a detekovat elektromagnetické vlny a potvrzuje, že světlo je druh elektromagnetické vlny.
Fyzická optika studuje jevy související s vlnovou povahou světla, jako je interference, difrakce a polarizace.
Interference je jev, kterým se překrývají dvě nebo více světelných vln, které koexistují ve stejné oblasti vesmíru a vytvářejí pásy jasného a tmavého světla..
Jasné pásy se vytvářejí, když se sčítají více vln, aby se vytvořila vlna s větší amplitudou. Tento typ interference se nazývá konstruktivní interference..
Když se vlny překrývají a vytvářejí vlnu s nižší amplitudou, interference se nazývá destruktivní interference a vytvářejí se pásma tmavého světla..
Způsob distribuce barevných pásů se nazývá interferenční vzor. Na mokré vozovce lze pozorovat rušení v mýdlových bublinách nebo vrstvách oleje.
Fenoménem difrakce je změna směru šíření, který světelná vlna zažívá, když narazí na překážku nebo otvor, čímž změní svou amplitudu a fázi..
Stejně jako interferenční jev je i difrakce výsledkem superpozice koherentních vln. Dvě nebo více světelných vln je koherentních, když kmitají se stejnou frekvencí a udržují konstantní fázový vztah.
Jak se překážka ve srovnání s vlnovou délkou zmenšuje a zmenšuje, při určování distribuce paprsků světelných vln, jakmile narazí na překážku, převládá fenomén difrakce nad fenoménem odrazu a lomu..
Polarizace je fyzikální jev, kterým vlna vibruje v jednom směru kolmém k rovině obsahující elektrické pole. Pokud vlna nemá pevný směr šíření, říká se, že vlna není polarizovaná. Existují tři typy polarizace: lineární polarizace, kruhová polarizace a eliptická polarizace..
Pokud vlna vibruje paralelně s pevnou linií popisující přímku v rovině polarizace, říká se, že je lineárně polarizovaná.
Když vektor elektrického pole vlny popisuje kruh v rovině kolmé ke stejnému směru šíření a udržuje jeho velikost konstantní, říká se, že vlna je kruhově polarizovaná.
Pokud vektor elektrického pole vlny popisuje elipsu v rovině kolmé ke stejnému směru šíření, říká se, že vlna je elipticky polarizovaná.
Jedná se o filtr, který umožňuje průchod pouze částí světla, která je orientována v jednom konkrétním směru, aniž by procházely vlny, které jsou orientovány v jiných směrech..
Je to geometrický povrch, ve kterém mají všechny části vlny stejnou fázi.
Amplituda je maximální prodloužení vlny. Fáze vlny je stav vibrací v okamžiku. Dvě vlny jsou ve fázi, když mají stejný stav vibrací.
Jedná se o úhel dopadu světla, o který je plně polarizovaná vlna odraženého světla ze zdroje.
Světlo neviditelné pro lidské oko ve spektru elektromagnetického záření 700nm do 1000μm.
Jedná se o rychlostní konstantu šíření světelné vlny ve vakuu, jejíž hodnota je 3 × 108slečna. Hodnota rychlosti světla se mění, když se šíří v materiálovém médiu.
Měření vzdálenosti mezi hřebenem a jiným hřebenem nebo mezi údolím a dalším údolím vlny při jejím šíření.
Neviditelné elektromagnetické záření se spektrem vlnových délek menším než 400nm.
Níže jsou uvedeny některé zákony fyzikální optiky, které popisují jevy polarizace a interference.
1. Dvě světelné vlny s lineární, koherentní a ortogonální polarizací se navzájem neinterferují a vytvářejí interferenční obrazec.
2. Dvě světelné vlny s lineární, koherentní a paralelní polarizací mohou interferovat v oblasti vesmíru.
3. Dvě vlny přirozeného světla s lineární, nekoherentní a ortogonální polarizací se navzájem neinterferují a vytvářejí interferenční obrazec..
Malusův zákon stanoví, že intenzita světla přenášeného polarizátorem je přímo úměrná druhé mocnině kosinu úhlu, který tvoří osu přenosu polarizátoru a osu polarizace dopadajícího světla. Jinými slovy:
I = já0cosdvaθ
I =Intenzita světla procházejícího polarizátorem
θ = Úhel mezi osou přenosu a osou polarizace dopadajícího paprsku
Já0 = Intenzita dopadajícího světla
Světelný paprsek odražený povrchem je plně polarizovaný ve směru kolmém k rovině dopadu světla, když je úhel mezi odraženým paprskem a lomeným paprskem roven 90.
Některé z aplikací fyzikální optiky jsou ve studiu kapalných krystalů, v konstrukci optických systémů a v optické metrologii.
Tekuté krystaly jsou materiály, které se udržují mezi pevným stavem a kapalným stavem a jejichž molekuly mají dipólový moment, který vyvolává polarizaci světla, které na ně dopadá. Z této vlastnosti byly vyvinuty obrazovky pro kalkulačky, monitory, notebooky a mobilní telefony..
Optické systémy se často používají v každodenním životě, vědě, technologii a zdravotní péči. Optické systémy umožňují zpracovávat, zaznamenávat a přenášet informace ze světelných zdrojů, jako je slunce, LED, wolframová lampa nebo laser. Příklady optických systémů jsou difraktometr a interferometr.
Je odpovědný za provádění měření fyzikálních parametrů ve vysokém rozlišení na základě světelné vlny. Tato měření se provádějí pomocí interferometrů a refrakčních přístrojů. V lékařské oblasti se metrologie používá k neustálému monitorování vitálních funkcí pacientů.
Poshakinskiy a Poddubny (1) ukázali, že nanometrické částice s vibračním pohybem mohou vykazovat opticko-mechanický účinek podobný tomu, který navrhli Kerker et al (2) v roce 1983.
Kerkerův efekt je optický jev, který spočívá v získání silné směrovosti světla rozptýleného magnetickými sférickými částicemi. Tato směrovost vyžaduje, aby částice měly magnetické odezvy stejné intenzity jako elektrické síly..
Kerkerův efekt je teoretický návrh, který vyžaduje částice materiálu s magnetickými a elektrickými vlastnostmi, které v současné době v přírodě neexistují.Poshakinskiy a Poddubny dosáhli stejného účinku na nanometrické částice, které bez významné magnetické odezvy vibrují v prostoru..
Autoři prokázali, že vibrace částic mohou vytvářet vhodně interferující magnetickou a elektrickou polarizaci, protože magnetické a elektrické polaritové složky stejného řádu jsou indukovány v částici, když se uvažuje nepružný rozptyl světla..
Autoři navrhují uplatnění opticko-mechanického jevu v nanometrických optických zařízeních tím, že je nechají vibrovat aplikací akustických vln.
Dhatchayeny a Chung (3) navrhují experimentální systém mimotelové optické komunikace (OEBC), který může přenášet důležité informace o lidech prostřednictvím aplikací na mobilních telefonech s technologií Android. Systém se skládá ze sady senzorů a diodového koncentrátoru (LED pole).
Senzory jsou umístěny na různých částech těla, aby detekovaly, zpracovávaly a sdělovaly životní funkce, jako je puls, tělesná teplota a respirační frekvence. Data jsou shromažďována prostřednictvím pole LED a přenášena prostřednictvím kamery mobilního telefonu pomocí optické aplikace.
Pole LED vyzařuje světlo v rozpětí vlnových délek Rayleigh Gans Debye (RGB). Každá barva a barevné kombinace vyzařovaného světla souvisí s vitálními znaky.
Systém navržený autory může spolehlivě usnadnit sledování vitálních funkcí, protože chyby v experimentálních výsledcích byly minimální..
Zatím žádné komentáře