The vlnová optika, také zvaný fyzikální optika, studuje chování světla v jeho projevu jako vlny. Světlo je elektromagnetická vlna a již ji předpověděl James Clerk Maxwell (1831-1879) ve svých rovnicích.
Světlo proto prožívá stejné jevy jako jakýkoli jiný typ vlny. Na mikroskopické úrovni je světlo produkováno atomy a molekulami v hmotě, která prochází vnitřní restrukturalizací elektronů. A prostřednictvím těchto procesů je emitováno světlo skládající se z elektrického pole a magnetického pole, které jsou závislé na čase a které se navzájem generují..
Taková pole, spojená kolmo, se pohybují jako vlna schopná šíření příčně ve vakuu. To znamená, že vlna osciluje kolmo ke směru šíření a rychlost vlny je konstantní a ve vakuu je to 300 000 km / s.
Když však světlo interaguje s hmotou, chová se jako částice. Tato částice se nazývá foton a projevuje se mimo jiné v jevech, jako je záření černého tělesa a fotoelektrický jev.
Proto je optika rozdělena do tří oblastí:
Vlnová optika je oblast optiky, která se zaměřuje na vlnové jevy světla:
Ačkoli jsou odraz a lom také projevem světla, zabývá se jimi geometrická optika, jak je vysvětleno výše. K tomu využívá paprskový model, ve kterém je světlo popsáno jako přímka postupující kolmo k vlnové frontě. Tyto paprsky jsou na sobě nezávislé a zcela reverzibilní..
Ale v tomto modelu se neuvažuje s tím, že světlo prochází difrakcí, i když bylo prokázáno, že může, proto geometrické optice chybí dostatečný prostor k vysvětlení mnoha aspektů chování světla..
Jelikož se tyto jevy vyskytují pouze ve vlnách, znamená to, že světlo má všechny vlastnosti vlny, a to jak prostorové, tak časové. Prvním vědcem, který to navrhl, byl Christiaan Huygens (1629-1695), a proto měl hořký spor s Isaacem Newtonem (1642-1727), který vždy bránil korpuskulární povahu světla..
Vlna je opakující se porucha, kterou lze v zásadě modelovat jako sinusovou křivku, ať už příčnou nebo podélnou. Jeho prostorové charakteristiky, to znamená, že odkazují na tvar vlny, jsou:
-Hřebeny a údolí: jsou nejvyšší a nejnižší pozice.
-Uzly: jsou průsečíky vlny s referenční přímkou odpovídající rovnovážné poloze.
-Vlnová délka: je téměř vždy označeno řeckým písmenem λ (lambda) a měří se jako vzdálenost mezi dvěma po sobě jdoucími hřebeny nebo údolími. Nebo také mezi bodem a dalším bodem, který je ve stejné výšce a patří do dalšího nebo předchozího cyklu. Každá barva ve spektru viditelného světla má s ní spojenou charakteristickou vlnovou délku..
-Prodloužení: je svislá vzdálenost měřená mezi bodem patřícím vlně a referenční přímkou.
-Amplituda: odpovídá maximálnímu prodloužení.
Pokud jde o časové charakteristiky, jak již bylo řečeno, rušení se periodicky pohybuje v čase, proto má světelná vlna:
-Doba, doba trvání fáze.
-Frekvence: počet vln produkovaných za jednotku času. Období a frekvence jsou vzájemně inverzní.
-Rychlost: je podíl mezi vlnovou délkou λ a periodou T:
v = λ / T
Elektromagnetická pole se mohou kombinovat v jednom bodě podle principu superpozice. To znamená, že pokud se dvě světelné vlny stejné amplitudy, frekvence a fázového rozdílu φ překrývají v bodě v prostoru, jejich příslušná elektromagnetická pole se sčítají jako vektory.
K interferenci dochází, protože vlna, která je výsledkem superpozice, může mít větší amplitudu než interferující vlny, nebo naopak mnohem menší. V prvním případě se říká, že k němu dochází konstruktivní interference, a ve druhé je to o ničivé rušení.
Prvním, kdo demonstroval interferenci světelných vln ze dvou zdrojů, byl anglický vědec a polyglot Thomas Young (1773-1829) v roce 1801 ve svém slavném experimentu s dvojitou štěrbinou..
Difrakce se skládá z odchylky od přímého chování, které vlna prochází, když narazí na překážku nebo otvor v její cestě, pokud jsou jejich rozměry podobné vlnové délce.
Difrakci zvukových vln lze velmi snadno zažít, ale protože vlnová délka viditelného světla je velmi malá, řádově několik stovek nanometrů, je její stanovení o něco složitější..
Světlo se skládá ze dvou navzájem kolmých polí, jednoho elektrického a druhého magnetického, obě kolmo na směr šíření. Nepolarizované světlo se skládá z neuspořádané superpozice vln, jejichž elektrické pole má náhodné směry, na druhou stranu v polarizovaném světle má elektrické pole preferenční směr.
Optické interferometry jsou zařízení používaná k měření vzdáleností s vysokou přesností. Kromě toho mohou také měřit vlnové délky, indexy lomu, průměr blízkých hvězd a detekovat přítomnost exoplanet..
Michaelson-Morleyův experiment byl prováděn s interferometrem. V tomto experimentu bylo zjištěno, že rychlost světla je ve vakuu konstantní.
Polarimetrie je technika používaná při chemické analýze látek rotací paprsku polarizovaného světla, který látkou prochází opticky. Jeho použití je v potravinářském průmyslu časté ke stanovení koncentrace cukru v nápojích, jako jsou džusy a vína..
V komunikacích se světlo používá pro svou schopnost přenášet informace, například prostřednictvím optických vláken, laserů a holografie, například.
Zatím žádné komentáře