De golfoptiek, ook wel genoemd fysieke optica, bestudeert het gedrag van licht in zijn manifestatie als een golf. Licht is een elektromagnetische golf, en het was al voorspeld door James Clerk Maxwell (1831-1879) in zijn vergelijkingen.
Daarom ervaart licht dezelfde verschijnselen als elk ander type golf. Op microscopisch niveau wordt licht geproduceerd door atomen en moleculen in materie die interne elektronenherstructurering ondergaan. En door deze processen wordt licht uitgezonden, bestaande uit een elektrisch veld en een magnetisch veld, beide afhankelijk van de tijd, die elkaar opwekken..
Dergelijke velden, loodrecht gekoppeld, bewegen als een golf die zich in een vacuüm transversaal kan voortplanten. Dat wil zeggen, de golf oscilleert loodrecht op de voortplantingsrichting en de snelheid van de golf is constant en in een vacuüm is deze 300.000 km / s.
Wanneer licht echter interageert met materie, gedraagt het zich als een deeltje. Dit deeltje wordt genoemd foton en komt onder meer tot uiting in verschijnselen als straling van het zwarte lichaam en het foto-elektrisch effect.
Daarom is de optiek onderverdeeld in drie gebieden:
Golfoptica is het gebied van optica dat zich richt op golfverschijnselen van licht:
Hoewel reflectie en breking ook manifestaties van licht zijn, worden ze aangepakt door geometrische optica, zoals hierboven uitgelegd. Hiervoor maakt hij gebruik van het stralenmodel, waarin licht wordt beschreven als een rechte lijn die loodrecht op het golffront voortbeweegt. Deze stralen zijn onafhankelijk van elkaar en volledig omkeerbaar..
Maar in dit model wordt niet overwogen dat licht diffractie ondergaat, hoewel het bewezen is dat dit kan, daarom mist de geometrische optica voldoende ruimte om vele aspecten van het gedrag van licht te verklaren..
Omdat deze verschijnselen alleen in golven voorkomen, betekent dit dat licht alle kenmerken van een golf heeft, zowel ruimtelijk als tijdelijk. De eerste wetenschapper die dit suggereerde was Christiaan Huygens (1629-1695), en om deze reden had hij een bitter geschil met Isaac Newton (1642-1727), die altijd de corpusculaire aard van licht verdedigde..
Een golf is een zich herhalende verstoring die in principe kan worden gemodelleerd als een sinusvormige curve, hetzij een transversale of longitudinale golf. De ruimtelijke kenmerken, dat wil zeggen dat ze verwijzen naar de vorm van de golf, zijn:
-Ribbels en valleien: zijn respectievelijk de hoogste en laagste posities.
-Knooppunten: zijn de snijpunten van de golf met de referentielijn die overeenkomt met de evenwichtspositie.
-Golflengte: wordt bijna altijd aangeduid met de Griekse letter λ (lambda), en wordt gemeten als de afstand tussen twee opeenvolgende bergkammen of valleien. Of ook tussen een punt en het volgende punt dat op dezelfde hoogte ligt en bij de volgende of vorige cyclus hoort. Elke kleur in het spectrum van zichtbaar licht heeft een bijbehorende karakteristieke golflengte..
-Verlenging: is de verticale afstand gemeten tussen een punt behorende bij de golf en de referentielijn.
-Amplitude: komt overeen met de maximale rek.
Wat betreft de temporele kenmerken, zoals al gezegd, de verstoring beweegt periodiek in de tijd, daarom heeft een lichtgolf:
-Periode, duur van een fase.
-Frequentie: aantal golven dat wordt geproduceerd per tijdseenheid. Periode en frequentie zijn omgekeerd van elkaar.
-Snelheid: is het quotiënt tussen de golflengte λ en de periode T:
v = λ / T
Elektromagnetische velden kunnen op een gegeven moment worden gecombineerd, volgens het principe van superpositie. Dit betekent dat als twee lichtgolven van gelijke amplitude, frequentie en faseverschil φ elkaar overlappen op een punt in de ruimte, hun respectieve elektromagnetische velden optellen als vectoren.
Interferentie treedt op omdat de golf die het resultaat is van de superpositie een grotere amplitude kan hebben dan de storende golven, of juist een veel kleinere. In het eerste geval wordt gezegd dat het voorkomt constructieve interferentie, en in de tweede gaat het over destructieve interferentie.
De eerste die de interferentie van lichtgolven uit twee bronnen aantoonde, was de Engelse wetenschapper en polyglot Thomas Young (1773-1829) in 1801 in zijn beroemde experiment met dubbele spleet..
Diffractie bestaat uit de afwijking van het rechtlijnige gedrag dat een golf ondergaat wanneer deze een obstakel of een opening in zijn pad tegenkomt, zolang de afmetingen hiervan vergelijkbaar zijn met de golflengte..
Geluidsgolfdiffractie is heel gemakkelijk te ervaren, maar aangezien de golflengte van zichtbaar licht erg klein is, in de orde van een paar honderd nanometer, is het een beetje ingewikkelder om te bepalen..
Licht bestaat uit twee velden die loodrecht op elkaar staan, het ene elektrisch en het andere magnetisch, beide loodrecht op de voortplantingsrichting. Niet-gepolariseerd licht bestaat uit een ongeordende superpositie van golven waarvan het elektrische veld willekeurige richtingen heeft, aan de andere kant heeft het elektrische veld bij gepolariseerd licht een voorkeursrichting.
Optische interferometers zijn apparaten die worden gebruikt om afstanden met hoge precisie te meten. Bovendien kunnen ze ook golflengten, brekingsindices, de diameter van nabije sterren meten en de aanwezigheid van exoplaneten detecteren..
Het Michaelson-Morley-experiment werd uitgevoerd met een interferometer. In dit experiment werd gevonden dat de lichtsnelheid in vacuüm constant is.
Polarimetrie is een techniek die wordt gebruikt bij de chemische analyse van stoffen door de rotatie van een bundel gepolariseerd licht die optisch door een stof gaat. Het wordt veel gebruikt in de voedingsindustrie om de suikerconcentratie in dranken zoals sappen en wijnen te bepalen..
In communicatie wordt licht gebruikt vanwege het vermogen om informatie te transporteren, bijvoorbeeld via glasvezel, lasers en holografie..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.