De fysisk optik Det är den del av optiken som studerar ljusets vågkaraktär och de fysiska fenomenen som endast förstås från vågmodellen. Det studerar också fenomen interferens, polarisering, diffraktion och andra fenomen som inte kan förklaras från geometrisk optik..
Vågmodellen definierar ljus som en elektromagnetisk våg vars elektriska och magnetiska fält svänger vinkelrätt mot varandra..
Det elektriska fältet (OCH) av ljusvågen beter sig på samma sätt som dess magnetfält (B), men det elektriska fältet dominerar över magnetfältet på grund av Maxwells relation (1831-1879), vilket fastställer följande:
OCH= cB
Var c = Hastighet för vågutbredning.
Fysisk optik förklarar inte atomernas absorptions- och emissionsspektrum. Å andra sidan behandlar kvantoptik studien av dessa fysiska fenomen.
Artikelindex
Historien om den fysiska optiken börjar med experimenten utförda av Grimaldi (1613-1663), som observerade att skuggan som kastades av ett upplyst objekt verkade bredare och var omgiven av färgade ränder.
Han kallade det observerade fenomenet diffraktion. Hans experimentella arbete fick honom att föreslå vågens natur, i motsats till Isaac Newtons uppfattning som rådde under 1700-talet..
Det Newtonska paradigmet fastställde att ljuset uppförde sig som en stråle av små kroppar som rörde sig i hög hastighet i rätlinjiga banor.
Robert Hooke (1635-1703) försvarade ljusets vågkaraktär i sina studier om färg och refraktion och uppgav att ljuset uppförde sig som en ljudvåg som fortplantas snabbt omedelbart genom ett material..
Senare konsoliderade Huygens (1629-1695), baserat på Hookes idéer, vågteorin om ljus i sin Jag försökte de la lumière (1690) där han antar att ljusvågorna som utsänds av lysande kroppar sprids genom ett subtilt och elastiskt medium som kallas eter.
Huygens vågteori förklarar reflektions-, brytnings- och diffraktionsfenomen mycket bättre än Newtons korpuskulära teori och visar att ljusets hastighet minskar när man flyttar från ett mindre tätt medium till ett tätare..
Huygens idéer accepterades inte av tidens forskare av två skäl. Den första var omöjligheten att på ett tillfredsställande sätt förklara definitionen av eter, och det andra var Newtons prestige kring hans teori om mekanik som påverkade en stor majoritet av forskare att besluta att stödja det korpuskulära paradigmet för ljus..
I början av 1800-talet lyckades Tomas Young (1773-1829) få det vetenskapliga samfundet att acceptera Huygens vågmodell baserat på resultaten av hans experiment med ljusstörningar. Experimentet gjorde det möjligt att bestämma våglängderna för de olika färgerna.
År 1818 omarbetade Fresnell (1788-1827) Huygens vågteori baserat på störningsprincipen. Han förklarade också fenomenet med dubbelbrytning av ljus, vilket gjorde det möjligt för honom att bekräfta att ljus är en tvärgående våg.
1808 förklarade Arago (1788-1853) och Malus (1775-1812) fenomenet polarisering av ljus från vågmodellen.
De experimentella resultaten från Fizeau (1819-1896) 1849 och Foucalt (1819-1868) 1862 gjorde det möjligt att verifiera att ljus fortplantas snabbare i luft än i vatten, vilket strider mot Newtons förklaring..
År 1872 publicerade Maxwell sin Avhandling om elektricitet och magnetism, där han anger ekvationerna som syntetiserar elektromagnetism. Från sina ekvationer fick han vågekvationen som gjorde det möjligt att analysera beteendet hos en elektromagnetisk våg.
Maxwell fann att utbredningshastigheten för en elektromagnetisk våg är relaterad till utbredningsmediet och sammanfaller med ljusets hastighet och slutsatsen att ljus är en elektromagnetisk våg.
Slutligen lyckas Hertz (1857-1894) 1888 producera och upptäcka elektromagnetiska vågor och bekräftar att ljus är en typ av elektromagnetisk våg.
Fysisk optik studerar fenomenen relaterade till ljusets vågnatur, såsom interferens, diffraktion och polarisering.
Interferens är fenomenet genom vilket två eller flera ljusvågor överlappar varandra och samexisterar i samma rymdregion och bildar band av starkt och mörkt ljus..
Ljusa band produceras när flera vågor läggs samman för att producera en våg med större amplitud. Denna typ av störning kallas konstruktiv störning..
När vågor överlappar varandra för att producera en lägre amplitudvåg kallas störningen destruktiv störning och band av mörkt ljus produceras..
Det sätt på vilket de färgade banden fördelas kallas störningsmönstret. Störningar kan ses i såpbubblor eller oljelager på en våt väg.
Fenomenet diffraktion är förändringen i förökningsriktningen som ljusvågen upplever när den träffar ett hinder eller öppning, och ändrar dess amplitud och fas..
Precis som störningsfenomenet är diffraktion resultatet av överlagringen av sammanhängande vågor. Två eller flera ljusvågor är sammanhängande när de oscillerar med samma frekvens och upprätthåller ett konstant fasförhållande.
När hindret blir mindre och mindre jämfört med våglängden dominerar fenomenet diffraktion över fenomenet reflektion och brytning vid bestämning av ljusvågens fördelning när den träffar hindret..
Polarisering är det fysiska fenomenet genom vilket vågen vibrerar i en enda riktning vinkelrätt mot planet som innehåller det elektriska fältet. Om vågen inte har en fast utbredningsriktning sägs det att vågen inte är polariserad. Det finns tre typer av polarisering: linjär polarisering, cirkulär polarisering och elliptisk polarisering..
Om vågen vibrerar parallellt med en fast linje som beskriver en rak linje i polariseringsplanet sägs den vara linjärt polariserad.
När vågens elektriska fältvektor beskriver en cirkel i planet vinkelrätt mot samma utbredningsriktning och håller sin storlek konstant, sägs det att vågen är cirkulärt polariserad.
Om vågens elektriska fältvektor beskriver en ellips i planet vinkelrätt mot samma utbredningsriktning, sägs det att vågen är elliptiskt polariserad.
Det är ett filter som endast tillåter en del av ljuset som är orienterat i en enda specifik riktning att passera genom det utan att låta de vågor som är orienterade i andra riktningar passera igenom..
Det är den geometriska ytan där alla delar av en våg har samma fas.
Amplitud är den maximala förlängningen av en våg. Fasen av en våg är vibrationstillståndet vid ett ögonblick. Två vågor är i fas när de har samma vibrationstillstånd.
Det är ljusets infallsvinkel med vilken den reflekterade ljusvågen från källan är helt polariserad.
Ljus som inte syns för det mänskliga ögat i det elektromagnetiska strålningsspektrumet 700nm till 1000μm.
Det är en hastighetskonstant för fortplantning av ljusvåg i vakuum vars värde är 3 × 108Fröken. Värdet på ljusets hastighet varierar när det sprids i ett materialmedium.
Mätning av avståndet mellan ett vapen och ett annat vapen eller mellan en dal och en annan vågdal när den sprids.
Icke-synlig elektromagnetisk strålning med spektrum av våglängder mindre än 400nm.
Nedan listas några fysiska optiska lagar som beskriver fenomenet polarisering och störningar.
1. Två ljusvågor med linjära, sammanhängande och ortogonala polarisationer stör inte varandra för att bilda ett interferensmönster.
2. Två ljusvågor med linjära, sammanhängande och parallella polarisationer kan störa i ett område i rymden.
3. Två vågor av naturligt ljus med linjära, icke-sammanhängande och ortogonala polarisationer stör inte varandra för att bilda ett interferensmönster..
Malus lag säger att intensiteten av ljus som sänds av en polarisator är direkt proportionell mot kvadraten på cosinus för den vinkel som bildar polarisatorns överföringsaxel och polariseringsaxeln för det infallande ljuset. Med andra ord:
Jag = jag0costvåθ
Jag =Intensitet av ljus som överförs av polarisatorn
θ = Vinkel mellan överföringsaxeln och polariseringsaxeln för den infallande strålen
Jag0 = Incident ljusintensitet
Ljusstrålen som reflekteras av en yta är helt polariserad, i riktningen normal mot ljusets infallningsplan, när vinkeln mellan den reflekterade strålen och den refrakterade strålen är lika med 90.
Några av tillämpningarna av fysisk optik är i studien av flytande kristaller, i utformningen av optiska system och i optisk metrologi.
Flytande kristaller är material som hålls mellan fast tillstånd och flytande tillstånd, vars molekyler har ett dipolmoment som inducerar en polarisering av ljuset som faller på dem. Från den här egenskapen har skärmar för räknare, bildskärmar, bärbara datorer och mobiltelefoner utvecklats..
Optiska system används ofta i vardagen, vetenskapen, tekniken och vården. Optiska system gör det möjligt att bearbeta, spela in och överföra information från ljuskällor som solen, LED, volframlampa eller laser. Exempel på optiska system är diffraktometern och interferometern.
Det är ansvarigt för att göra högupplösta mätningar av fysiska parametrar baserat på ljusvågen. Dessa mätningar görs med interferometrar och brytningsinstrument. Inom det medicinska området används metrologi för att ständigt övervaka patienternas vitala tecken.
Poshakinskiy och Poddubny (1) visade att nanometriska partiklar med vibrationsrörelse kan uppvisa en optisk-mekanisk effekt liknande den som Kerker et al (2) föreslog 1983.
Kerker-effekten är ett optiskt fenomen som består i att erhålla en stark riktning av ljus spridda av magnetiska sfäriska partiklar. Denna riktning kräver att partiklarna har magnetiska svar med samma intensitet som de elektriska krafterna..
Kerker-effekten är ett teoretiskt förslag som kräver materialpartiklar med magnetiska och elektriska egenskaper som för närvarande inte finns i naturen. Poshakinskiy och Poddubny uppnådde samma effekt på nanometriska partiklar, utan signifikant magnetiskt svar, som vibrerar i rymden..
Författarna visade att partikelvibrationer kan skapa lämpligt störande magnetiska och elektriska polarisationer, eftersom magnetiska och elektriska polaritetskomponenter av samma storleksordning induceras i partikeln när man betraktar oelastisk ljusspridning..
Författarna föreslår tillämpningen av den optisk-mekaniska effekten i nanometriska optiska enheter genom att få dem att vibrera genom applicering av akustiska vågor.
Dhatchayeny och Chung (3) föreslår ett experimentellt extrakorporalt optiskt kommunikationssystem (OEBC) som kan överföra vitala teckeninformation för människor genom applikationer på mobiltelefoner med Android-teknik. Systemet består av en uppsättning sensorer och en diodkoncentrator (LED-array).
Sensorer placeras på olika delar av kroppen för att upptäcka, bearbeta och kommunicera vitala tecken som puls, kroppstemperatur och andningsfrekvens. Data samlas in via LED-matrisen och överförs via mobiltelefonkameran med den optiska appen.
LED-arrayen avger ljus i Rayleigh Gans Debye (RGB) -spridningsvåglängdsområdet. Varje färg och färgkombinationer av det utsända ljuset är relaterade till vitala tecken.
Systemet som föreslås av författarna kan underlätta övervakningen av vitala tecken på ett tillförlitligt sätt, eftersom felen i experimentresultaten var minimala..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.