De fysieke optica Het is het deel van de optica dat de golfkarakteristiek van licht en de fysische verschijnselen bestudeert die alleen vanuit het golfmodel worden begrepen. Het bestudeert ook de verschijnselen van interferentie, polarisatie, diffractie en andere verschijnselen die niet verklaard kunnen worden vanuit geometrische optica..
Het golfmodel definieert licht als een elektromagnetische golf waarvan de elektrische en magnetische velden loodrecht op elkaar oscilleren..
Het elektrische veld (EN) van de lichtgolf gedragen zich op dezelfde manier als het magnetische veld (B), maar het elektrische veld overheerst over het magnetische veld vanwege de relatie van Maxwell (1831-1879), die het volgende vaststelt:
EN= cB
Waar c = Snelheid van golfvoortplanting.
Fysieke optica verklaart niet het absorptie- en emissiespectrum van atomen. Aan de andere kant behandelt kwantumoptica de studie van deze fysische verschijnselen.
Artikel index
De geschiedenis van de fysieke optica begint met de experimenten die werden uitgevoerd door Grimaldi (1613-1663), die opmerkte dat de schaduw van een verlicht object breder leek en omgeven was door gekleurde strepen..
Hij noemde het waargenomen fenomeen diffractie. Zijn experimentele werk bracht hem ertoe de golfkarakteristiek van licht voor te stellen, in tegenstelling tot de opvatting van Isaac Newton die heerste in de 18e eeuw..
Het Newtoniaanse paradigma stelde vast dat licht zich gedroeg als een straal van kleine bloedlichaampjes die met hoge snelheid in rechtlijnige banen bewogen..
Robert Hooke (1635-1703) verdedigde de golfkarakteristiek van licht, in zijn studies over kleur en breking, en stelde dat licht zich gedroeg als een geluidsgolf die zich snel bijna ogenblikkelijk voortplant door een materieel medium..
Later bevestigde Huygens (1629-1695), gebaseerd op Hooke's ideeën, de golftheorie van het licht in zijn Ik heb de la lumière geprobeerd (1690) waarin hij veronderstelt dat de lichtgolven die worden uitgezonden door lichtgevende lichamen zich voortplanten door een subtiel en elastisch medium genaamd ether.
Huygens 'golftheorie verklaart reflectie-, refractie- en diffractieverschijnselen veel beter dan de corpusculaire theorie van Newton, en laat zien dat de lichtsnelheid afneemt bij het verplaatsen van een minder dicht medium naar een dichter medium..
De ideeën van Huygens werden om twee redenen niet geaccepteerd door de wetenschappers van die tijd. De eerste was de onmogelijkheid om de definitie van ether, en de tweede was het prestige van Newton rond zijn theorie over mechanica, die een grote meerderheid van wetenschappers ertoe bracht te besluiten het corpusculaire paradigma van licht te steunen..
Aan het begin van de 19e eeuw slaagde Tomas Young (1773-1829) erin de wetenschappelijke gemeenschap Huygens 'golfmodel te laten accepteren op basis van de resultaten van zijn lichtinterferentie-experiment. Het experiment maakte het mogelijk om de golflengten van de verschillende kleuren te bepalen.
In 1818 herhaalde Fresnell (1788-1827) Huygens 'golftheorie op basis van het interferentieprincipe. Hij legde ook het fenomeen van dubbele breking van licht uit, waardoor hij kon bevestigen dat licht een transversale golf is.
In 1808 verklaarden Arago (1788-1853) en Malus (1775-1812) het fenomeen van polarisatie van licht uit het golfmodel.
De experimentele resultaten van Fizeau (1819-1896) in 1849 en Foucalt (1819-1868) in 1862 maakten het mogelijk om te verifiëren dat licht zich sneller voortplant in lucht dan in water, hetgeen in tegenspraak is met de uitleg van Newton..
In 1872 publiceerde Maxwell zijn Verhandeling over elektriciteit en magnetisme, waarin hij de vergelijkingen noemt die elektromagnetisme synthetiseren. Uit zijn vergelijkingen haalde hij de golfvergelijking uit die het mogelijk maakte om het gedrag van een elektromagnetische golf te analyseren.
Maxwell ontdekte dat de voortplantingssnelheid van een elektromagnetische golf gerelateerd is aan het voortplantingsmedium en samenvalt met de lichtsnelheid, en concludeerde dat licht een elektromagnetische golf is..
Ten slotte slaagt Hertz (1857-1894) er in 1888 in om elektromagnetische golven te produceren en te detecteren en bevestigt het dat licht een soort elektromagnetische golf is.
Fysieke optica bestudeert de verschijnselen die verband houden met de golfkarakteristiek van licht, zoals interferentie, diffractie en polarisatie.
Interferentie is het fenomeen waarbij twee of meer lichtgolven elkaar overlappen, naast elkaar bestaan in hetzelfde gebied van de ruimte en banden van helder en donker licht vormen..
Heldere banden worden geproduceerd wanneer meerdere golven bij elkaar worden opgeteld om een golf met een grotere amplitude te produceren. Dit type interferentie wordt constructieve interferentie genoemd..
Wanneer golven elkaar overlappen om een golf met een lagere amplitude te produceren, wordt de interferentie destructieve interferentie genoemd en worden banden van donker licht geproduceerd..
De manier waarop de gekleurde banden worden verdeeld, wordt het interferentiepatroon genoemd. Interferentie is te zien in zeepbellen of olielagen op een nat wegdek.
Het fenomeen van diffractie is de verandering in de voortplantingsrichting die de lichtgolf ervaart wanneer deze een obstakel of opening raakt, waardoor de amplitude en fase verandert..
Net als het interferentieverschijnsel is diffractie het resultaat van de superpositie van coherente golven. Twee of meer lichtgolven zijn coherent wanneer ze met dezelfde frequentie oscilleren en een constante faserelatie behouden.
Naarmate het obstakel kleiner en kleiner wordt in vergelijking met de golflengte, overheerst het fenomeen van diffractie het fenomeen van reflectie en refractie bij het bepalen van de verdeling van de lichtgolfstralen zodra deze het obstakel raken..
Polarisatie is het fysische fenomeen waarbij de golf trilt in een enkele richting loodrecht op het vlak dat het elektrische veld bevat. Als de golf geen vaste voortplantingsrichting heeft, wordt er gezegd dat de golf niet gepolariseerd is. Er zijn drie soorten polarisatie: lineaire polarisatie, circulaire polarisatie en elliptische polarisatie..
Als de golf parallel aan een vaste lijn trilt die een rechte lijn in het polarisatievlak beschrijft, wordt gezegd dat deze lineair gepolariseerd is.
Wanneer de elektrische veldvector van de golf een cirkel beschrijft in het vlak loodrecht op dezelfde voortplantingsrichting, waarbij de grootte constant wordt gehouden, wordt er gezegd dat de golf circulair gepolariseerd is..
Als de elektrische veldvector van de golf een ellips beschrijft in het vlak loodrecht op dezelfde voortplantingsrichting, wordt er gezegd dat de golf elliptisch gepolariseerd is..
Het is een filter dat slechts een deel van het licht dat in een bepaalde richting is georiënteerd doorlaat, zonder die golven die in andere richtingen zijn georiënteerd door te laten..
Het is het geometrische oppervlak waarin alle delen van een golf dezelfde fase hebben.
Amplitude is de maximale verlenging van een golf. De fase van een golf is de trillingstoestand op een bepaald moment. Twee golven zijn in fase wanneer ze dezelfde vibratietoestand hebben.
Het is de invalshoek van het licht waardoor de gereflecteerde lichtgolf van de bron volledig gepolariseerd is.
Licht niet zichtbaar voor het menselijk oog in het elektromagnetische stralingsspectrum van 700nm tot 1000μm.
Het is een snelheidsconstante van voortplanting van de lichtgolf in vacuüm waarvan de waarde 3 × 10 is8Mevrouw. De waarde van de lichtsnelheid varieert wanneer het zich voortplant in een materieel medium.
Meting van de afstand tussen een top en een andere top of tussen een vallei en een andere vallei van de golf terwijl deze zich voortplant.
Niet-zichtbare elektromagnetische straling met een spectrum van golflengten van minder dan 400nm.
Hieronder staan enkele wetten van fysische optica die de verschijnselen van polarisatie en interferentie beschrijven.
1. Twee lichtgolven met lineaire, coherente en orthogonale polarisaties interfereren niet met elkaar om een interferentiepatroon te vormen.
2. Twee lichtgolven met lineaire, coherente en parallelle polarisaties kunnen interfereren in een gebied in de ruimte.
3. Twee golven natuurlijk licht met lineaire, niet-coherente en orthogonale polarisaties interfereren niet met elkaar om een interferentiepatroon te vormen..
De wet van Malus stelt dat de intensiteit van door een polarisator doorgelaten licht recht evenredig is met het kwadraat van de cosinus van de hoek die de doorlaatas van de polarisator vormt en de polarisatieas van het invallende licht. Met andere woorden:
Ik = ik0costweeθ
Ik =Intensiteit van licht doorgelaten door de polarisator
θ = Hoek tussen de transmissieas en de polarisatieas van de invallende bundel
ik0 = Intensiteit van invallend licht
De door een oppervlak gereflecteerde lichtbundel is volledig gepolariseerd, in de richting loodrecht op het invalsvlak van het licht, wanneer de hoek tussen de gereflecteerde bundel en de gebroken bundel gelijk is aan 90.
Enkele van de toepassingen van fysische optica zijn in de studie van vloeibare kristallen, in het ontwerp van optische systemen en in optische metrologie.
Vloeibare kristallen zijn materialen die tussen de vaste en vloeibare toestand worden gehouden, waarvan de moleculen een dipoolmoment hebben dat een polarisatie veroorzaakt van het licht dat erop valt. Vanuit dit pand zijn schermen voor rekenmachines, monitoren, laptops en mobiele telefoons ontwikkeld..
Optische systemen worden vaak gebruikt in het dagelijks leven, wetenschap, technologie en gezondheidszorg. Optische systemen maken het mogelijk om informatie van lichtbronnen zoals de zon, LED, wolfraamlamp of laser te verwerken, vast te leggen en door te geven. Voorbeelden van optische systemen zijn de diffractometer en de interferometer.
Het is verantwoordelijk voor het uitvoeren van metingen met hoge resolutie van fysieke parameters op basis van de lichtgolf. Deze metingen worden uitgevoerd met interferometers en refractie-instrumenten. Op medisch gebied wordt metrologie gebruikt om de vitale functies van patiënten constant te bewaken.
Poshakinskiy en Poddubny (1) toonden aan dat nanometrische deeltjes met vibrerende beweging een optisch-mechanisch effect kunnen vertonen vergelijkbaar met dat voorgesteld door Kerker et al (2) in 1983.
Het Kerker-effect is een optisch fenomeen dat bestaat uit het verkrijgen van een sterke gerichtheid van licht verstrooid door magnetische bolvormige deeltjes. Deze directionaliteit vereist dat de deeltjes magnetische reacties hebben van dezelfde intensiteit als de elektrische krachten..
Het Kerker-effect is een theoretisch voorstel dat materiaaldeeltjes vereist met magnetische en elektrische eigenschappen die momenteel niet in de natuur voorkomen. Poshakinskiy en Poddubny bereikten hetzelfde effect op nanometrische deeltjes, zonder significante magnetische respons, die in de ruimte trillen..
De auteurs toonden aan dat deeltjesvibraties op de juiste manier interfererende magnetische en elektrische polarisaties kunnen veroorzaken, omdat magnetische en elektrische polariteitscomponenten van dezelfde orde van grootte in het deeltje worden geïnduceerd wanneer inelastische lichtverstrooiing wordt overwogen..
De auteurs stellen de toepassing van het optisch-mechanische effect in nanometrische optische apparaten voor door ze te laten trillen door de toepassing van akoestische golven..
Dhatchayeny en Chung (3) stellen een experimenteel systeem voor extracorporele optische communicatie (OEBC) voor dat vitale functies van mensen kan verzenden via applicaties op mobiele telefoons met Android-technologie. Het systeem bestaat uit een set sensoren en een diodeconcentrator (LED-array).
Sensoren worden op verschillende delen van het lichaam geplaatst om vitale functies zoals hartslag, lichaamstemperatuur en ademhalingsfrequentie te detecteren, verwerken en communiceren. Gegevens worden verzameld via de LED-array en verzonden via de camera van de mobiele telefoon met de optische app.
De LED-array zendt licht uit in het Rayleigh Gans Debye (RGB) verstrooiingsgolflengtebereik. Elke kleur en kleurcombinatie van het uitgestraalde licht is gerelateerd aan vitale functies.
Het door de auteurs voorgestelde systeem kan de bewaking van vitale functies op een betrouwbare manier vergemakkelijken, aangezien de fouten in de experimentele resultaten minimaal waren..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.