Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Оптика



План:


Введення

Таблиця "Оптика" з енциклопедії 1728

Оптика (від др.-греч. ὀπτική поява або погляд) - розділ фізики, який розглядає явища, пов'язані з поширенням електромагнітних хвиль переважно видимого і близьких до нього діапазонів ( інфрачервоне і 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 у міждисциплінарних сферах широко застосовуються досягнення прикладної оптики.

Найважливіші поняття оптики: заломлення і відображення світла (хід променів світла на прикладі призми).

Разом з точною механікою оптика є основою оптико-механічної промисловості.


1. 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. Відповідно до ідеєю Планка будь-яке випромінювання відбувається дискретно, причому мінімальна порція енергії (енергія фотона) має величину ε = h ν , Де частота ν відповідає частоті випроміненого світла, а h 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 додавання ( інтерференції) цих хвиль. При цьому вважається, що за відсутності 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 у роботах Максвелла у формі рівнянь Максвелла. Використання уявлення про світло, як про хвилю, дозволяє пояснити явища, пов'язані з інтерференцією і дифракцією, у тому числі структуру світлового поля (побудова зображень і голографію).

2. Характеристики світла

Довжина світлової хвилі λ залежить від швидкості поширення хвилі в середовищі і пов'язана з нею і частотою співвідношенням:

\ Lambda = \ frac {v} {\ nu} = \ frac {c} {n \ nu}

На практиці прийнято вважати, що показник заломлення середовища є функцією довжини хвилі: n = n (λ) . Залежність показника заломлення від довжини хвилі (точніше-від частоти) проявляється у вигляді явища дисперсії світла.

Характеристиками світла є:


2.1. Швидкість світла

Універсальним поняттям у фізиці є швидкість світла c . Її значення в вакуумі являє собою не тільки граничну швидкість розповсюдження електромагнітних коливань будь-якої частоти, а й взагалі граничну швидкість розповсюдження будь-якого впливу на матеріальні об'єкти. При поширенні світла в різних середовищах швидкість світла v зменшується: v = c / n , Де n є показник заломлення середовища, що характеризує її оптичні властивості і залежить від частоти світла: n = n (ν)


3. Оптика інших діапазонів

Електромагнітний спектр прийнято ділити на радіохвилі, інфрачервоне, видиме, ультрафіолетове, рентгенівське і гамма-випромінювання. Ці ділянки спектра розрізняються не по своїй природі, а за способом генерації і прийому випромінювання. Тому між ними немає різких переходів, самі ділянки перекриваються, а межі між ними умовні.

Хвильові та квантові закономірності є загальними для всього спектра електромагнітного випромінювання. Залежно від довжини хвилі, на перший план виступають різні явища, різні методи дослідження і різні практичні застосування. Тому на оптику не можна дивитися як на замкнену дисципліну, що вивчає тільки видиму область спектру, відокремлену від інших областей чіткими кордонами. Закономірності і результати, знайдені в цих інших областях, можуть виявитися застосовними у видимій області спектра і навпаки.

Аналогічні явища зустрічаються в поширенні рентгенівського випромінювання і радіохвиль, в мікрохвильових печах і т. п. Оптика, таким чином, може розглядатися як розділ електромагнетизму. Деякі оптичні явища залежать від квантової природи світла, що пов'язує деякі області оптики з квантовою механікою. Практично, величезна більшість оптичних явищ можуть розглядатися, як електромагнітні коливання, описані Рівняннями Максвелла.


4. Розділи оптики


4.1. Класична оптика

До появи квантової оптики оптика в цілому грунтувалася на класичному електромагнетизм. Класична оптика ділиться на дві головні галузі: геометрична оптика і фізична оптика.

4.2. 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 увійшли потім в "Оптику", надали великий вплив на сучасників. Дійсно, будучи прихильником теорії кольорів Гука, він після робіт Ньютона, захоплюючись їх експериментальної стороною, але не розділяючи його теоретичної інтерпретації, прийшов до висновку, що "явище фарбування залишається ще дуже таємничим через труднощі пояснення цього розмаїття кольорів за допомогою будь-якого фізичного механізму". Тому він вважав найбільш доцільним взагалі не розглядати питання про квіти в своєму трактаті.

У своєму невеликому трактаті першим він розглянув прямолінійне поширення світла, у другій частині - відображення, в третій - заломлення, в четвертій - атмосферну рефракцію, у п'ятій - подвійне променезаломлення і в шостий - форми лінз.

Незадовільний пояснення прямолінійного поширення світла Гюйгенс відшкодував блискучим поясненням за допомогою свого механізму часткового відображення, заломлення і повного внутрішнього відображення - явищ, інтерпретація яких змусила Ньютона ускладнювати свою теорію, нагромаджуючи одну теорію на іншу. По суті, ці пояснення Гюйгенса і зараз наводяться у всіх підручниках. Нова теорія мала також тим перевагою, що для пояснення заломлення вона у відповідності зі здоровим глуздом вимагала меншій швидкості в більш щільному середовищі.

" Луч "в геометричній оптиці - абстрактний геометричний об'єкт, перпендикулярний фронту імпульсу фактичних оптичних хвиль. Геометрична оптика описує правила проходження променів через оптичну систему.

Прийнявши це абстрактне поняття та пов'язані з ним правила, ми суттєво спрощуємо задачу оптики, але не в змозі пояснити багато важливих оптичних ефектів, наприклад дифракцію і поляризацію.


4.2.1. Параксіального наближення

Наступне спрощення в геометричній оптиці - параксіального наближення, або "наближення малих кутів". Математично поведінка променя стає лінійним, дозволяючи представити оптичні компоненти простими матрицями. Застосування методів гауссовской оптики дозволяє знайти властивості першого порядку оптичних систем.

Гауссовское поширення променя - розширення параксіального оптики, що описує більш точну модель поведінки променів. Використовуючи параксіального наближення і явище дифракції, даний набір методів описує розширення світлового пучка з відстанню і мінімальний розмір світлового плями, у яке може бути зосереджений світловий пучок. Тим самим ця модель є проміжною між геометричної і фізичної оптикою.


4.3. Фізична оптика

Наочне зображення дисперсії світла в призмі

Фізична оптика або оптика хвилі грунтується на принципі Гюйгенса і моделює поширення складних фронтів імпульсу через оптичні системи, включаючи і амплітуду і фазу (хвилі) 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. Проте в простих випадках, а в міру зростання доступних обчислювальних потужностей і в більш складних, стає можливим повний розрахунок по точній теорії.


4.4. Теми, пов'язані з класичною оптикою


5. Сучасна оптика

Сучасна оптика охоплює області оптичної науки і розробок, які стали популярними в XX столітті. Ці області оптичної науки в основному стосуються електромагнітних чи квантових властивостей світла, але включають і інші області.

5.1. Фізіологічна оптика

Фізіологічна оптика - міждисциплінарна наука про зоровому сприйнятті світла. Вона об'єднує відомості з біофізики, біохімії і психології зорового сприйняття.

5.2. Рентгенівська оптика

Оптика рентгенівських променів.

5.3. Теми, пов'язані з сучасною оптикою


Література

  • Б. М. Яворський та А. А. Детлаф Довідник з фізики. - М.: Наука, 1971.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Миру (оптика)
Призма (оптика)
Прикладна оптика
Градієнтна оптика
Інтегральна оптика
Матрична оптика
Нейтронна оптика
Волоконна оптика
Діафрагма (оптика)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru