Природа світла

Оптика (від др.-греч. Ὀπτική, optike 'поява або погляд) - розділ фізики, що розглядає явища, пов'язані з поширенням електромагнітних хвиль переважно видимого і близьких до нього діапазонів (інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання). Оптика описує властивості світла і пояснює пов'язані з ним явища. Методи оптики використовуються в багатьох прикладних дисциплінах, включаючи електротехніку, фізику, медицину (зокрема, офтальмологію). У цих, а також в міждисциплінарних сферах широко застосовуються досягнення прикладної оптики.

• Оптика (від др.-греч. Ὀπτική, optike 'поява або погляд) - розділ фізики, що розглядає явища, пов'язані з поширенням електромагнітних хвиль переважно видимого і близьких до нього діапазонів (інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання). Оптика описує властивості світла і пояснює пов'язані з ним явища. Методи оптики використовуються в багатьох прикладних дисциплінах, включаючи електротехніку, фізику, медицину (зокрема, офтальмологію). У цих, а також в міждисциплінарних сферах широко застосовуються досягнення прикладної оптики.

Природа світла

• Природа світла

• Оптика виявилася одним з перших розділів фізики, де виявилася обмеженість класичних уявлень про природу. Була встановлена ​​подвійна природа світла:Корпускулярна теорія світла, що бере початок від Ньютона, розглядає його як потік частинок - квантів світла або фотонів. У відповідності з ідеєю Планка будь-яке випромінювання відбувається дискретно, причому мінімальна порція енергії (енергія фотона) має величину, де частота відповідає частоті випроміненого світла, а є постійна Планка. Використання уявлень про світло, як потоці частинок, пояснює явище фотоефекту і закономірності теорії випромінювання. Хвильова теорія світла, що бере початок від Гюйгенса, розглядає світ як сукупність поперечних монохроматичних електромагнітних хвиль, а спостережувані оптичні ефекти як результат складання (інтерференції) цих хвиль. При цьому вважається, що в відсутність переходу енергії випромінювання в інші види енергії, ці хвилі не впливають один на одного в тому сенсі, що, викликала в деякій області простору інтерференційні явища, хвиля продовжує поширюватися далі без зміни своїх характеристик. Хвильова теорія електромагнітного випромінювання знайшла своє теоретичне опис в роботах Максвелла у формі рівнянь Максвелла. Використання уявлення про світло, як про хвилю, дозволяє пояснити явища, пов'язані з інтерференцією і дифракцією, в тому числі структуру світлового поля (побудова зображень і голографію).

Розділи оптики

• Розділи оптики

• Класична оптика

• Геометрична оптика

• Фізична оптика

• Хвильова оптика

• Лінійна оптика

• Квантова оптика

• Градієнтна оптика

Класична оптика

• Класична оптика

• До появи квантової оптики оптика в цілому грунтувалася на класичному електромагнетизмі. Класична оптика ділиться на дві головні гілки: геометрична оптика і фізична оптика.

• Геометрична оптика

• Геометрична оптика або оптика променя, описує поширення світла терміном промінь. Роботи Гюйгенса «Хвильова теорія світла», які були написані під впливом фундаментальних робіт Ньютона, і ввійшли потім у «Оптику», мали великий вплив на сучасників.. Геометрична оптика описує правила проходження променів через оптичну систему. Прийнявши це абстрактне поняття та пов'язані з ним правила, ми суттєво спрощуємо завдання оптики, але не в змозі пояснити багато важливих оптичних ефектів, наприклад дифракцію і поляризацію.

Параксіальне наближення

• Параксіальне наближення

• Наступне спрощення в геометричній оптиці - параксіальне наближення, або «наближення малих кутів». Математична поведінка променя стає лінійним, дозволяючи представити оптичні компоненти простими матрицями. Застосування методів Гаусовського оптики дозволяє знайти властивості першого порядку оптичних систем. Гаусовське поширення променя - розширення параксіальної оптики, що описує більш точну модель поведінки променів. Використовуючи параксіальне наближення і явище дифракції, даний набір методів описує розширення світлового пучка з відстанню і мінімальний розмір світлової плями, в яке може бути зосереджений світловий пучок. Тим самим ця модель є проміжною між геометричною та фізичною оптикою.

• Фізична оптика

• Фізична оптика або оптика хвилі грунтується на принципі Гюйгенса і моделює поширення складних фронтів імпульсу через оптичні системи, включаючи і амплітуду і фазу хвилі. Цей розділ оптики пояснює дифракцію, інтерференцію, ефекти поляризації, аберацію і природу інших складних ефектів.У цьому розділі оптики також використовуються наближення, а не повна електромагнітна модель поширення світла. Однак у простих випадках, а по мірі зростання доступних обчислювальних потужностей і в більш складних, стає можливим повний розрахунок по точній теорії.