Optica

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 22 iunie 2022; verificările necesită 10 modificări .

Optica (din greaca veche ὀπτική „știința percepției vizuale”) este o ramură a fizicii care studiază comportamentul și proprietățile luminii , inclusiv interacțiunea acesteia cu materia și crearea de instrumente care o folosesc sau o detectează [1] . Optica descrie în general comportamentul radiațiilor vizibile , ultraviolete și infraroșii . Deoarece lumina este o undă electromagnetică , alte forme de radiație electromagnetică, cum ar fi razele X , microundele șiundele radio au proprietăți similare.

Majoritatea fenomenelor optice pot fi explicate folosind electrodinamica clasică . Cu toate acestea, descrierea completă electromagnetică a luminii este adesea dificil de aplicat în practică. Optica practică se bazează de obicei pe modele simplificate. Cea mai obișnuită dintre acestea, optica geometrică , vede lumina ca pe un set de raze care călătoresc în linii drepte și se îndoaie pe măsură ce trec prin suprafețe sau se reflectă de la acestea. Optica undelor  este un model mai complet de lumină care include efecte de undă precum difracția și interferența care nu sunt luate în considerare în optica geometrică. Din punct de vedere istoric, a fost dezvoltat mai întâi modelul cu raze de lumină, iar apoi modelul ondulat al luminii. Progresul în teoria electromagnetismului în secolul al XIX-lea a condus la înțelegerea undelor luminoase ca parte vizibilă a spectrului electromagnetic.

Unele fenomene depind de faptul că lumina prezintă proprietăți ondulatorii și particulele . Explicația acestui comportament se găsește în mecanica cuantică . Când luăm în considerare proprietățile corpusculare, lumina este reprezentată ca un set de particule numite fotoni . Optica cuantică folosește mecanica cuantică pentru a descrie sisteme optice.

Știința optică este relevantă și studiată în multe discipline conexe, inclusiv astronomie , diverse domenii ale ingineriei , fotografiei și medicinei (în special oftalmologie și optometrie ). Aplicații practice ale opticii pot fi găsite într-o varietate de tehnologii și lucruri de zi cu zi, inclusiv oglinzi , lentile , telescoape , microscoape , lasere și fibre optice .

Istorie

Optica a început cu dezvoltarea lentilelor de către egiptenii și mesopotamienii antici . Cele mai vechi lentile cunoscute din Creta , realizate din cristal lustruit, adesea cuarț , datează din anul 2000 î.Hr. e. (Muzeul de Arheologie din Heraklion, Grecia). Lentilele de la Rodos datează din jurul anului 700 î.Hr. î.Hr., precum și lentile asiriene precum lentila Nimrud [2] . Vechii romani și greci au umplut bile de sticlă cu apă pentru a face lentile. Aceste progrese practice au fost urmate de dezvoltarea teoriilor luminii și viziunii de către filozofii greci și indieni antici și de dezvoltarea opticii geometrice în lumea greco-romană . Cuvântul optică provine din cuvântul grecesc antic ὀπτική , care înseamnă „aspect” [3] .

Grecii considerau optica ca parte a unei doctrine filosofice - avea două teorii opuse despre modul în care funcționează viziunea: teoria intromisiune ( în engleză  intromission ) și teoria radiației [4] . Abordarea intromisiune a văzut viziunea ca emanând din obiecte care aruncau copii ale lor (așa-numitele eidole din engleza  eidola ) care au fost capturate cu ochiul. Cu mulți fondatori, inclusiv Democrit , Epicur , Aristotel și adepții lor, această teorie pare să fi avut o oarecare asemănare cu teoriile moderne despre ceea ce este cu adevărat viziunea, dar a rămas o simplă speculație fără nicio bază experimentală.

Platon a fost primul care a formulat teoria radiațiilor, ideea că percepția vizuală este realizată de razele emise de ochi. El a comentat și schimbarea parității oglinzilor din Timeu [5] . Câteva sute de ani mai târziu, Euclid (secolele IV-III î.Hr.) a scris un tratat numit Optică , în care a legat viziunea cu geometria , creând optica geometrică [6] . Și-a bazat lucrările pe teoria radiațiilor a lui Platon, în care a descris regulile matematice ale perspectivei și a descris calitativ efectele refracției , deși se îndoia că un fascicul de lumină din ochi ar putea lumina instantaneu stele de fiecare dată când cineva clipește [7] . Euclid a formulat principiul celei mai scurte căi de lumină și a luat în considerare reflexiile multiple pe oglinzi plate și sferice. Ptolemeu , în tratatul său de Optică, a aderat la teoria vederii „intromisiune-radiație”: razele (sau fluxul) din ochi formează un con, al cărui vârf se află în interiorul ochiului, iar baza determină câmpul vizual. Fasciculele erau sensibile și transmiteau minții observatorului informații despre distanța și orientarea suprafețelor. El a rezumat o mare parte din optica geometrică a lui Euclid și a continuat să descrie o modalitate de a măsura unghiul de refracție , deși nu a observat o legătură empirică între acesta și unghiul de incidență [8] . Plutarh (secolele I-II d.Hr.) a descris reflexii multiple pe oglinzi sferice și a discutat despre crearea de imagini mărite și reduse, atât reale, cât și imaginare, inclusiv cazul chiralității imaginii .

În timpul Evului Mediu, ideile grecești despre optică au fost reînviate și răspândite de scriitorii din lumea musulmană . Unul dintre primii a fost Al-Kindi (c. 801-873), care a scris despre meritele ideilor aristotelice și euclidiene ale opticii, preferând teoria radiațiilor, deoarece permitea o mai bună determinare cantitativă a fenomenelor optice [10] . În 984, matematicianul persan Ibn Sal a scris un tratat „Despre oglinzile și lentilele arzătoare”, descriind corect legea refracției, echivalentă cu legea lui Snell [11] . El a folosit această lege pentru a calcula formele optime pentru lentile și oglinzi curbate . La începutul secolului al XI-lea, Alhazen (Ibn al-Haytham) a scris Cartea Opticii ( Kitab al-manazir ), în care a investigat reflexia și refracția și a propus un nou sistem de explicare a vederii și luminii, bazat pe observație și experiment. [12] [13] [ 14] [15] [16] . El a respins „teoria radiațiilor” folosită în optica ptolemeică, adică atunci când razele necesare vederii sunt emise de ochi, și a propus în schimb ideea că lumina este reflectată în toate direcțiile în linii drepte din toate punctele obiectelor observate. și apoi intră în ochi, deși nu a putut explica corect modul în care ochiul captează razele [17] . Lucrarea lui Alhazen a fost în mare parte ignorată în lumea arabă, dar a fost tradusă anonim în latină în jurul anului 1200 d.Hr. și apoi rezumată și extinsă de călugărul polonez Witelo [18] , făcându-l textul standard despre optică în Europa pentru următorii 400 de ani.

În Europa medievală din secolul al XIII-lea, episcopul englez Robert Grosseteste a scris despre o gamă largă de subiecte științifice și a discutat despre lumina din patru puncte de vedere diferite: epistemologia luminii, metafizica sau cosmogonia luminii, etiologia sau fizica luminii, și teologia luminii [19] , bazată pe scrierile lui Aristotel și ale platonismului . Cel mai faimos student al lui Grosseteste, Roger Bacon , a scris lucrări citând o gamă largă de lucrări recent traduse despre optică și filozofie, inclusiv lucrări de Alhazen, Aristotel, Avicenna , Averroes , Euclid, al-Kindi, Ptolemeu, Tideus și Constantine Africanus . Bacon a reușit să folosească părți din sferele de sticlă ca lupe pentru a demonstra că lumina se reflectă pe obiecte, mai degrabă decât să provină din ele.

Primii ochelari purtabili au fost inventați în Italia în jurul anului 1286 [20] . Acesta a fost începutul industriei optice de șlefuire și lustruire a lentilelor pentru aceste „ochelari”, mai întâi la Veneția și Florența în secolul al XIII-lea, iar apoi în centrele de fabricare de ochelari din Țările de Jos și Germania [21] . Producătorii de ochelari au realizat tipuri îmbunătățite de lentile pentru corectarea vederii, bazate mai mult pe cunoștințele empirice dobândite din observarea efectelor lentilelor decât pe teoria optică elementară a vremii (o teorie care, în cea mai mare parte, nici măcar nu putea explica în mod adecvat cum funcționează ochelarii) [22 ] [23] . Această dezvoltare practică, măiestrie și experimentare cu lentile au condus direct la inventarea microscopului optic compus în jurul anului 1595 și a telescopului refractor în 1608, ambele având originea în centrele de fabricare a ochelarilor din Țările de Jos [24] .

La începutul secolului al XVII-lea, Johannes Kepler a completat optica geometrică în scrierile sale, luând în considerare lentilele, reflectarea prin oglinzi plate și curbate, principiile camerelor stenopeice , legea inversă a pătratului care guvernează intensitatea luminii și explicațiile optice pentru fenomenele astronomice precum lunar și solar . eclipsele și paralaxa astronomică . El a reușit, de asemenea, să identifice corect rolul retinei ca organ real de înregistrare a imaginii și, în cele din urmă, a reușit să cuantifice științific efectele diferitelor tipuri de lentile pe care producătorii de ochelari le-au observat în ultimii 300 de ani [25] . După inventarea telescopului, Kepler a stabilit baza teoretică pentru modul în care au funcționat și a descris o versiune îmbunătățită, cunoscută sub numele de telescopul Kepler , folosind două lentile convexe pentru a obține o mărire mai mare [26] .

Teoria optică s-a dezvoltat la mijlocul secolului al XVII-lea cu tratate scrise de filozoful René Descartes , care explicau multe fenomene optice, inclusiv reflexia și refracția, presupunând că lumina era emisă de obiectele care au creat-o [27] . Aceasta diferă substanțial de teoria antică a radiațiilor grecești . La sfârșitul anilor 1660 și începutul anilor 1670, Isaac Newton a extins ideile lui Descartes într- o teorie corpusculară a luminii , determinând că lumina albă este un amestec de culori care poate fi separat în părțile sale componente folosind o prismă . În 1690, Christian Huygens a propus o teorie ondulatorie a luminii bazată pe speculațiile lui Robert Hooke în 1664. Hooke însuși a criticat public teoriile lui Newton despre lumină, iar dușmănia dintre cei doi a durat până la moartea lui Hooke. În 1704, Newton a publicat Optics , iar la acea vreme, în parte datorită progreselor sale în alte domenii ale fizicii, a fost în general considerat câștigător în dezbaterile despre natura luminii.

Optica newtoniană a fost în general acceptată până la începutul secolului al XIX-lea, când Thomas Young și Augustin-Jean Fresnel au efectuat experimente de interferență a luminii care au stabilit ferm natura ondulatorie a luminii. Celebrul experiment cu dublă fantă al lui Young a arătat că lumina urmează principiul suprapunerii , care este o proprietate asemănătoare undelor neprevăzută de teoria corpusculilor a lui Newton. Această lucrare a condus la apariția teoriei difracției luminii și a deschis o întreagă zonă de cercetare în optică fizică [28] . Optica undelor a fost combinată cu succes cu teoria electromagnetismului de către James Clerk Maxwell în anii 1860 [29] .

Dezvoltarea ulterioară a teoriei optice a avut loc în 1899, când Max Planck a modelat corect radiația corpului negru , presupunând că schimbul de energie între lumină și materie are loc doar în porțiuni mici, pe care le-a numit cuante [30] . În 1905, Albert Einstein a publicat teoria efectului fotoelectric, care a stabilit ferm cuantizarea luminii în sine [31] [32] . În 1913, Niels Bohr a arătat că atomii pot emite energie doar în fragmente, explicând astfel liniile discrete observate în spectrele de emisie și absorbție [33] . Înțelegerea interacțiunii dintre lumină și materie care a urmat acestor progrese nu numai că a stat la baza opticii cuantice, dar a fost și crucială pentru dezvoltarea mecanicii cuantice în ansamblu. Punctul culminant, teoria electrodinamicii cuantice , explică toate procesele optice și electromagnetice în general ca rezultat al schimbului de fotoni reali și virtuali [34] . Optica cuantică a căpătat importanță practică odată cu inventarea maserului în 1953 și a laserului în 1960 [35] .

În urma lucrărilor lui Paul Dirac în teoria câmpului cuantic , George Sudarshan , Roy J. Glauber și Leonard Mandel au aplicat teoria cuantică câmpului electromagnetic în anii 1950 și 1960 pentru a obține o înțelegere mai detaliată a fotodetecției și a proprietăților statistice ale luminii.

Caracteristicile luminii

Lungimea undei luminoase depinde de viteza de propagare a undei în mediu și este legată de aceasta și de frecvență prin raportul:

unde  este indicele de refracție al mediului. În general, indicele de refracție al unui mediu este o funcție a lungimii de undă: . Dependenţa indicelui de refracţie de lungimea de undă se manifestă sub forma fenomenului de dispersie a luminii .

Caracteristicile luminii sunt:

Viteza luminii

Un concept universal în fizică este viteza luminii . Valoarea sa în vid nu este doar viteza limită de propagare a oscilațiilor electromagnetice de orice frecvență, ci și în general viteza limită de propagare a informațiilor sau orice impact asupra obiectelor materiale. Când lumina se propagă în diverse medii , viteza de fază a luminii scade de obicei: , unde este indicele de refracție al mediului, care îi caracterizează proprietățile optice și depinde de frecvența luminii: . În regiunea de dispersie anormală a luminii , indicele de refracție poate fi mai mic decât unitatea, iar viteza de fază a luminii este mai mare decât . Ultima afirmație nu contrazice teoria relativității , deoarece transmiterea informațiilor folosind lumina nu are loc cu fază, ci, de regulă, cu viteza de grup .

Optica clasică

În optica clasică, există două secțiuni principale: optica geometrică (sau cu raze) și optica fizică (sau ondulată). În optica geometrică, se presupune că lumina călătorește pe căi drepte, în timp ce în optica ondulată, lumina este tratată ca o undă electromagnetică.

Optica geometrică poate fi considerată ca prima aproximare a opticii ondulate, care se aplică atunci când lungimea de undă a luminii utilizate este mult mai mică decât dimensiunea elementelor optice din sistemul modelat.

Optica geometrică

Optica geometrică , sau optica cu raze , descrie propagarea luminii sub formă de „fasciuri” care arată traiectoria luminii care se mișcă în linii drepte și ale cărei trasee sunt guvernate de legile reflexiei și refracției la interfețele dintre diferite medii [37] . Aceste legi au fost stabilite empiric încă din anul 984 d.Hr. [11] și au fost folosite în dezvoltarea componentelor și instrumentelor optice de atunci și până în prezent. Ele pot fi rezumate după cum urmează:

Când o rază de lumină lovește limita dintre două materiale transparente, se împarte în raze reflectate și refractate.

Legea reflexiei spune că fasciculul reflectat se află în planul de incidență, iar unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență. Legea refracției spune că raza refractă se află în planul de incidență, iar sinusul unghiului de incidență împărțit la sinusul unghiului de refracție este o constantă: ,

unde n  este o constantă pentru oricare două materiale și o anumită culoare (lungime de undă) a luminii. Dacă primul material este aer sau vid, n  este indicele de refracție al celui de-al doilea material.

Legile reflexiei și refracției pot fi derivate din principiul lui Fermat, care afirmă că drumul parcurs de o rază de lumină între două puncte este drumul care poate fi parcurs în cel mai scurt timp [38] .

Aproximații

Optica geometrică este adesea simplificată folosind aproximarea paraxială sau „unghi mic”. Atunci comportamentul matematic al cantităților de interes pentru noi devine liniar, ceea ce face posibilă descrierea componentelor și sistemelor optice folosind matrici simple. Acest lucru duce la metodele de optică gaussiană și trasarea razelor paraxiale , care sunt utilizate pentru a determina proprietățile de bază ale sistemelor optice, cum ar fi poziția aproximativă și mărirea unei imagini și a unui obiect [39] .

Reflecții

Reflecțiile pot fi împărțite în două tipuri: reflexie speculară și reflexie difuză . Reflexia speculară descrie strălucirea suprafețelor, cum ar fi oglinzile, care reflectă lumina într-un mod simplu și previzibil. Acest lucru vă permite să creați imagini reflectate care sunt asociate cu o locație reală ( reală ) sau extrapolată ( virtuală ) în spațiu. Reflexia difuză descrie materiale nelucioase, cum ar fi hârtia sau piatra. Reflecțiile de pe aceste suprafețe pot fi descrise doar statistic, cu o distribuție precisă a luminii reflectate în funcție de structura microscopică a materialului. Mulți reflectoare difuze sunt descrise sau pot fi aproximate prin legea cosinusului lui Lambert , care este folosită pentru suprafețe de aceeași luminozitate atunci când sunt privite din orice unghi. Suprafețele lucioase pot da atât reflexii speculare, cât și difuze.

În reflexia speculară, direcția razei reflectate este determinată de unghiul la care raza incidentă formează o normală pe suprafață - o linie perpendiculară pe suprafață în punctul în care raza este incidentă. Razele incidente și reflectate și normala se află în același plan, iar unghiul dintre raza reflectată și normala la suprafață coincide cu unghiul dintre raza incidentă și normală [40] . Această observație este cunoscută sub numele de legea reflecției .

Pentru oglinzile plate , legea reflexiei implică faptul că imaginile obiectelor sunt în poziție verticală și la aceeași distanță în spatele oglinzii ca și obiectele din fața oglinzii. Dimensiunea imaginii este aceeași cu dimensiunea obiectului. Legea implică, de asemenea, că imaginile în oglindă sunt inversate de paritate, ceea ce este perceput de ochi ca o inversare stânga-dreapta. Imaginile formate ca rezultat al reflectării în două oglinzi (sau în orice număr par) nu sunt inversate de paritate. Reflectoarele de colț creează raze reflectate care se întorc în direcția din care au venit razele incidente [40] . Acest dispozitiv se numește reflector .

Oglinzile cu suprafețe curbate pot fi modelate folosind ray tracing și folosind legea reflexiei în fiecare punct de pe suprafață. Pentru oglinzile cu suprafete parabolice , razele paralele incidente pe oglinda produc raze reflectate care converg catre un focar comun . Alte suprafețe curbate pot focaliza și lumina, dar cu aberații de formă divergente care estompează focalizarea în spațiu. În special, oglinzile sferice prezintă aberații sferice . Oglinzile curbate pot forma imagini cu o mărire mai mare sau mai mică de unu, iar mărirea poate fi negativă, indicând că imaginea este inversată. O imagine verticală formată dintr-o reflexie într-o oglindă este întotdeauna virtuală, în timp ce o imagine inversată este reală și poate fi proiectată pe un ecran [40] .

Refracția

Refracția are loc atunci când lumina trece printr-o regiune a spațiului cu un indice de refracție modificat; acest principiu permite utilizarea lentilelor pentru a focaliza lumina. Cel mai simplu caz de refracție apare atunci când există o interfață între un mediu omogen cu indice de refracție și un alt mediu cu indice de refracție . În astfel de situații , legea lui Snell descrie deviația rezultată a fasciculului de lumină:

unde și  sunt unghiurile dintre normală (până la interfață) și razele incidente și respectiv refractate [40] .

Indicele de refracție al unui mediu este legat de viteza de fază v a luminii în acest mediu prin relația

,

unde c  este viteza luminii în vid .

Legea lui Snell poate fi folosită pentru a prezice deviația razelor de lumină pe măsură ce acestea trec printr-un mediu liniar, având în vedere indicii de refracție și geometria acestuia. De exemplu, propagarea luminii printr-o prismă face ca fasciculul luminos să devieze în funcție de forma și orientarea prismei. În majoritatea materialelor, indicele de refracție depinde și de frecvența luminii. Având în vedere acest lucru, legea lui Snell poate fi folosită pentru a prezice modul în care o prismă va împărți lumina într-un spectru. Descoperirea fenomenului de trecere a luminii printr-o prismă este atribuită lui Isaac Newton [40] .

Unele medii au un indice de refracție care se modifică treptat cu coordonatele și, prin urmare, căile razelor de lumină în mediu sunt curbate. Acest efect este responsabil, în special , de mirajele observate în zilele caniculare: modificarea indicelui de refracție al aerului cu înălțimea determină îndoirea razelor de lumină, dând aspectul unor reflexii speculare la distanță (ca atunci când sunt reflectate de la suprafața unui corp). de apa). Materialele optice cu indici variabili de refracție sunt numite materiale cu indice de refracție gradat (GRIN). Astfel de materiale sunt folosite la fabricarea elementelor optice cu indice de refracție gradient [41] .

Pentru razele de lumină care călătoresc de la un material cu un indice de refracție ridicat la un material cu un indice de refracție scăzut, legea lui Snell prezice că nu există unghi , la unele valori mari de . În acest caz, nu există trecerea unui fascicul de lumină în al doilea mediu și toată lumina este reflectată. Acest fenomen se numește reflexie internă totală și permite utilizarea tehnologiei fibrei optice. Când lumina trece printr-o fibră optică, aceasta suferă o reflexie internă totală, ceea ce face posibilă practic să nu se piardă lumina pe lungimea cablului [40] .

Lentile

Un dispozitiv care produce raze de lumină convergente sau divergente datorită refracției este cunoscut sub numele de lentilă . Lentilele se caracterizează prin distanța lor focală : o lentilă convergentă are o distanță focală pozitivă și o lentilă divergentă are o distanță focală negativă. O distanță focală mai mică înseamnă că obiectivul are un efect de convergență sau divergență mai puternic. Distanța focală a unei lentile simple în aer este dată de ecuația lentilei [42] .

Ray tracing poate fi folosit pentru a explica formarea imaginii lentilelor. Pentru o lentilă subțire în aer, poziția imaginii este dată de o ecuație simplă

,

unde  este distanța de la obiect la lentilă,  este distanța de la lentilă la imagine și  este distanța focală a lentilei. În convenția semnelor folosită aici , distanțele dintre un obiect și o imagine sunt pozitive dacă obiectul și imaginea se află pe părțile opuse ale lentilei [42] .

Razele paralele care intră sunt focalizate de o lentilă convergentă către un punct la o distanță focală distanță de lentilă, în partea îndepărtată a lentilei. Acesta se numește punctul focal din spate al obiectivului. Razele de la un obiect la o distanță finită se concentrează mai departe de lentilă decât distanța focală; cu cât obiectul este mai aproape de obiectiv, cu atât imaginea este mai departe de acesta.

În cazul lentilelor divergente, razele paralele care intră diverg după ce trec prin lentilă în așa fel încât par să emane dintr-un punct la o distanță focală în fața lentilei. Acesta este punctul focal frontal al obiectivului. Razele de la un obiect situat la o distanță finită sunt asociate cu o imagine virtuală care este mai aproape de lentilă decât punctul de focalizare și de aceeași parte a lentilei cu obiectul. Cu cât obiectul este mai aproape de obiectiv, cu atât imaginea virtuală este mai aproape de acesta. Ca și în cazul oglinzilor, imaginile verticale produse de o singură lentilă sunt virtuale, în timp ce imaginile inversate sunt reale [40] .

Lentilele suferă de aberații care distorsionează imaginea. Aberațiile monocromatice apar deoarece geometria lentilei nu permite direcționarea ideală a razelor de la un punct obiect către un punct al imaginii, în timp ce aberația cromatică apare datorită faptului că indicele de refracție al lentilei variază în funcție de lungimea de undă a lentilei. lumina [40] .

Optica unde

În optica undelor, se consideră că lumina se propagă ca undă. Acest model prezice fenomene precum interferența și difracția, care nu sunt explicate în termeni de optică geometrică. Viteza undelor luminoase în aer este de aproximativ 3,0 × 10 8  m/s (exact 299.792.458 m/s în vid ). Lungimea de undă a luminii vizibile se află în intervalul de la 400 la 700 nm, dar termenul „lumină” este adesea aplicat și radiațiilor din regiunile infraroșu (0,7-300 microni) și ultraviolete (10-400 nm) ale spectrului.

Modelul de undă poate fi folosit pentru a prezice comportamentul unui sistem optic fără a necesita o explicație a ceea ce „vibrează” în ce mediu. Până la mijlocul secolului al XIX-lea, cei mai mulți fizicieni credeau într-un mediu „eeric” în care se propagă perturbația luminii [43] . Existența undelor electromagnetice a fost prezisă în 1865 de ecuațiile lui Maxwell . Aceste unde se propagă cu viteza luminii și au câmpuri electrice și magnetice diferite, ortogonale între ele, precum și pe direcția de propagare. Undele luminoase sunt acum de obicei tratate ca unde electromagnetice, cu excepția cazului în care trebuie luate în considerare efectele mecanice cuantice.

Modelarea și proiectarea sistemelor optice folosind optică ondulată

Multe aproximări simplificate sunt disponibile pentru analiza și proiectarea sistemelor optice. Majoritatea dintre ele folosesc o singură mărime scalară pentru a reprezenta câmpul electric al unei unde luminoase, mai degrabă decât un model vectorial cu câmpuri electrice și magnetice ortogonale [44] . Ecuația Huygens-Fresnel  este un astfel de model. A fost obținut empiric de Fresnel în 1815 pe baza ipotezei lui Huygens că fiecare punct al frontului de undă generează un front de undă sferic secundar, pe care Fresnel l-a combinat cu principiul suprapunerii undelor . Ecuația de difracție Kirchhoff , care este derivată folosind ecuațiile lui Maxwell, pune ecuația Huygens-Fresnel pe o bază fizică mai solidă. Exemple de aplicații ale principiului Huygens-Fresnel pot fi găsite în articolele despre difracție și difracția Fraunhofer .

Modele mai riguroase, inclusiv simularea unei unde luminoase folosind atât câmpuri electrice, cât și magnetice, sunt necesare atunci când se lucrează cu materiale ale căror proprietăți electrice și magnetice afectează interacțiunea luminii cu materialul. De exemplu, comportamentul unei unde luminoase care interacționează cu o suprafață metalică este foarte diferit de ceea ce se întâmplă atunci când lumina interacționează cu un material dielectric. Modelul vectorial ar trebui folosit și pentru a simula lumina polarizată.

Metodele de simulare numerică, cum ar fi metoda elementelor finite, metoda elementului de limită și metoda matricei pentru descrierea liniilor de transmisie pot fi utilizate pentru a modela propagarea luminii în sisteme care nu pot fi rezolvate analitic. Astfel de modele necesită calcul și sunt utilizate de obicei doar pentru rezolvarea problemelor la scară mică care necesită o precizie care depășește cea care poate fi obținută folosind soluții analitice [45] .

Toate rezultatele de la optica geometrică pot fi reconstruite folosind metodele optice Fourier , care sunt legate de multe dintre aceleași metode matematice și analitice utilizate în acustica ingineriei și procesarea semnalului .

Propagarea fasciculului gaussian  este un model optic cu unde paraxiale simplu pentru propagarea radiației coerente aplicate fasciculelor laser. Această metodă ia parțial în considerare difracția, permițând calculul precis al ratei cu care fasciculul laser se extinde cu distanța parcursă și dimensiunea minimă la care poate fi focalizat fasciculul. Astfel, metoda de propagare a fasciculului gaussian elimină decalajul dintre optica geometrică și cea ondulatorie [46] .

Suprapunerea și interferența

În absența efectelor neliniare , principiul suprapunerii poate fi utilizat pentru a prezice forma semnalelor care interacționează prin simpla adăugare de perturbații. Această interacțiune a undelor pentru a crea modelul rezultat este denumită în mod obișnuit „interferență” și poate duce la o varietate de efecte. Dacă două valuri cu aceeași lungime de undă și frecvență sunt în fază , atunci crestele și adânciturile undelor coincid. Acest lucru duce la interferențe constructive și la o creștere a amplitudinii undei, care pentru lumină este asociată cu luminarea în acest punct maxim. În caz contrar, dacă două valuri cu aceeași lungime de undă și frecvență sunt defazate, atunci crestele undelor vor coincide cu jgheaburile undelor și invers. Acest lucru duce la interferențe distructive și la o scădere a amplitudinii undei, care pentru lumină este asociată cu întunecarea în acest punct minim. Vezi o ilustrare a acestui efect mai jos [47] .


formă de undă combinată
valul 1
valul 2
Două valuri în fază Două valuri
în antifază (180°)

Deoarece principiul Huygens-Fresnel afirmă că fiecare punct al frontului de undă este asociat cu crearea unei noi perturbații, frontul de undă poate interfera constructiv sau distructiv cu el însuși în diferite puncte ale spațiului, creând benzi luminoase și întunecate cu modele regulate și previzibile [47]. ] . Interferometria  este știința de măsurare a acestor structuri, folosită în mod obișnuit ca mijloc de determinare cu precizie a distanțelor sau a rezoluției unghiulare [48] . Interferometrul Michelson a folosit efecte de interferență pentru a măsura cu precizie viteza luminii [49] .

Aspectul peliculelor subțiri și al acoperirilor depinde direct de efectele de interferență. Acoperirile anti-reflexie folosesc interferențe distructive pentru a reduce reflectivitatea suprafețelor acoperite și pot fi folosite pentru a minimiza strălucirea și reflexiile nedorite. Cel mai simplu caz este o acoperire cu un singur strat cu o grosime de un sfert din lungimea de undă a luminii incidente. Apoi, unda reflectată din partea superioară a filmului și unda reflectată de la interfața film/material sunt defazate cu exact 180°, provocând interferențe distructive. Undele sunt defazate doar pentru o singură lungime de undă, care este de obicei aleasă să fie aproape de centrul spectrului vizibil, în jur de 550 nm. Proiectele mai complexe care utilizează mai multe straturi pot oferi reflectivitate scăzută pe o gamă largă sau reflectanță extrem de scăzută la o singură lungime de undă.

Interferența structurală în filmele subțiri poate crea reflexii puternice ale luminii pe o gamă de lungimi de undă care pot fi înguste sau largi, în funcție de designul acoperirii. Aceste filme sunt folosite pentru a face oglinzi dielectrice , filtre de interferență , reflectoare de căldură și filtre de separare a culorilor în camerele de televiziune color . Acest efect de interferență este, de asemenea, responsabil pentru modelele irizate colorate de pe petele de ulei [47] .

Difracția și rezoluția optică

Difracția este procesul prin care interferența luminii este cel mai frecvent observată. Efectul a fost descris pentru prima dată în 1665 de Francesco Maria Grimaldi , care a inventat și termenul din latinescul diffringere , „a despărți”. Mai târziu în secol, Robert Hooke și Isaac Newton au descris, de asemenea, acest fenomen, care acum este cunoscut sub numele de difracția inelului lui Newton [50] , în timp ce James Gregory a înregistrat observațiile sale despre modelele de difracție a penelor de păsări [51] .

Primul model de difracție bazat pe principiul Huygens-Fresnel a fost dezvoltat în 1803 de Thomas Young în experimentele sale de interferență cu modelele de interferență a două fante apropiate. Young a arătat că rezultatele sale ar putea fi explicate doar dacă cele două fante au acționat ca două surse unice de unde luminoase, mai degrabă decât corpusculi [52] . În 1815 și 1818 Augustin-Jean Fresnel a oferit o descriere matematică a modului în care interferența undelor ar putea explica difracția [42] .

Cele mai simple modele fizice de difracție folosesc ecuații care descriu separarea unghiulară a benzilor luminoase și întunecate datorită luminii cu o anumită lungime de undă (λ). În general, ecuația ia forma

unde  este distanța dintre cele două surse ale frontului de undă (în cazul experimentelor lui Young, acestea au fost două fante ),  este distanța unghiulară dintre banda centrală și banda de ordinul în care se observă maximul central la [53] .

Această ecuație este ușor modificată pentru a ține cont de diferite situații precum difracția printr-o singură fante, difracția prin mai multe fante sau difracția printr-un rețele de difracție care conține un număr mare de fante cu aceeași distanță între atomi [53] . Modelele de difracție mai complexe necesită utilizarea teoriei difracției Fresnel sau Fraunhofer [54] .

Difracția cu raze X exploatează faptul că atomii dintr-un cristal sunt distanțați la distanțe egale unul de celălalt, de ordinul unui angstrom . Pentru a vedea modelele de difracție, raze X cu lungimi de undă apropiate de această distanță sunt trecute prin cristal. Deoarece cristalele sunt obiecte tridimensionale și nu rețele bidimensionale, modelul de difracție corespunzător se schimbă în două direcții în conformitate cu reflexia Bragg , punctele luminoase corespunzătoare apărând în modele unice (pentru fiecare cristal) și de două ori distanța dintre atomi [53]. ] .

Efectele de difracție limitează capacitatea unui detector optic de a rezolva sursele individuale de lumină. În general, lumina care trece printr-o deschidere va experimenta difracție, iar cele mai bune imagini care pot fi produse (așa cum este descris de optică atunci când se apropie de limita de difracție ) apar ca un punct central cu inele luminoase înconjurătoare separate de zone întunecate; acest model este cunoscut sub numele de model Airy , iar zona centrală luminoasă este cunoscută sub numele de disc Airy [42] . Mărimea unui astfel de disc este determinată de expresie

unde θ  este rezoluția unghiulară, λ  este lungimea de undă a luminii și D  este diametrul deschiderii lentilei. Dacă distanța unghiulară dintre două puncte este mult mai mică decât raza unghiulară a discului Airy, atunci cele două puncte nu pot fi rezolvate în imagine, dar dacă distanța lor unghiulară este mult mai mare, atunci se formează imagini separate ale celor două puncte și pot fi rezolvate. fi rezolvat. Rayleigh a definit „ criteriul Rayleigh ” experimental conform căruia două puncte a căror separare unghiulară este egală cu raza discului Airy (măsurată la primul zero, adică la primul loc în care se observă întrerupere) pot fi considerate rezolvate. Se poate observa că cu cât este mai mare diametrul lentilei sau deschiderea sa finală, cu atât rezoluția este mai clară [53] . Interferometria astronomică , cu capacitatea sa de a simula deschideri de bază extrem de mari, oferă cea mai mare rezoluție unghiulară posibilă [48] .

La construirea imaginilor astronomice, atmosfera nu atinge rezoluția optimă în spectrul vizibil din cauza împrăștierii și dispersiei atmosferice, care provoacă sclipirea stelelor. Astronomii numesc acest efect calitatea vizibilității astronomice . Astfel de tehnici, cunoscute sub numele de tehnici de optică adaptivă , au fost folosite pentru a elimina distorsiunile atmosferice din imagini și pentru a obține rezultate care se apropie de limita de difracție.

Dispersie și împrăștiere

Procesele de refracție apar în domeniul de aplicare al opticii unde lungimea de undă a luminii este similară cu alte distanțe, ca un fel de împrăștiere. Cel mai simplu tip de împrăștiere este împrăștierea Thomson , care apare atunci când undele electromagnetice sunt deviate de particule individuale. În limita împrăștierii Thomson, în care natura ondulatorie a luminii este evidentă, lumina se împrăștie independent de frecvență, spre deosebire de împrăștierea Compton , care este dependentă de frecvență și este un proces mecanic strict cuantic care implică natura particulelor luminii. Într-un sens statistic, împrăștierea elastică a luminii de către numeroase particule care sunt mult mai mici decât lungimea de undă a luminii este un proces cunoscut sub numele de împrăștiere Rayleigh , în timp ce un proces similar de împrăștiere de către particule cu aceeași lungime de undă sau mai mare este cunoscut sub numele de împrăștiere Mie , care are ca rezultat efectul Tyndall . O mică fracțiune de lumină împrăștiată de atomi sau molecule poate suferi împrăștiere Raman , în care frecvența luminii se modifică datorită excitării atomilor și moleculelor. Imprăștirea Mandelstam-Brillouin are loc atunci când frecvența luminii se modifică datorită modificărilor locale în timp și vibrațiilor unui material dens [55] .

Dispersia apare atunci când diferite frecvențe ale spectrului electromagnetic au viteze de fază diferite datorită proprietăților materialului (dispersia materialului ) sau geometriei ghidului de undă optic ( dispersia ghidului de undă ). Cea mai cunoscută formă de dispersie este scăderea indicelui de refracție cu creșterea lungimii de undă, care se observă în majoritatea materialelor transparente. Acest fenomen se numește „dispersie normală”. Se observă în toate materialele dielectrice din acele intervale de lungimi de undă în care materialul nu absoarbe lumina [56] . În intervalele de lungimi de undă în care mediul are o absorbție semnificativă, indicele de refracție poate crește odată cu creșterea lungimii de undă. Acest fenomen se numește „dispersie anormală” [40] .

Separarea culorilor printr-o prismă este un exemplu de dispersie normală. La suprafața unei prisme, legea lui Snell prezice că lumina incidentă la un unghi θ față de normală va fi refractă la un unghi arcsin (sin(θ)/ n ). Astfel, lumina albastră, cu indicele său de refracție mai mare, se îndoaie mai mult decât lumina roșie, rezultând binecunoscutul model curcubeu [40] .

Dispersia unui material este adesea caracterizată de numărul Abbe , care oferă o măsură simplă a dispersiei bazată pe indicele de refracție pentru trei lungimi de undă specifice. Dispersia ghidului de undă depinde de constanta de propagare [42] . Ambele tipuri de dispersie provoacă modificări ale caracteristicilor de grup ale undei, adică proprietățile pachetului de undă, care se modifică cu aceeași frecvență ca și amplitudinea undei electromagnetice. „Dispersia vitezei de grup” apare ca o răspândire a „învelișului” semnalului de radiație și poate fi cuantificată folosind parametrul de întârziere a dispersiei de grup:

unde  este viteza de grup a undei [57] . Pentru un mediu omogen, viteza grupului este

unde n  este indicele de refracție și c  este viteza luminii în vid [58] . Aceasta oferă o formă mai simplă pentru parametrul de întârziere a dispersiei:

Dacă D este mai mic decât zero, atunci se spune că mediul are varianță pozitivă sau varianță normală. Dacă D este mai mare decât zero, atunci mediul are dispersie negativă . Dacă un impuls de lumină se propagă printr-un mediu cu dispersie normală, rezultatul este că componentele de frecvență mai înaltă încetinesc mai mult decât componentele de frecvență inferioară. Pulsul devine astfel modulat liniar pozitiv , sau boost , a cărui frecvență crește în timp. Acest lucru face ca spectrul luminii care iese din prismă să arate ca lumina roșie este cea mai puțin refractă și lumina albastră sau violetă este cea mai deviată. În schimb, dacă pulsul trece printr-un mediu cu dispersie anormală (negativă), componentele de înaltă frecvență călătoresc mai repede decât componentele de joasă frecvență și pulsul devine negativ modulat liniar sau în deplasare , scăzând frecvența cu timpul [59] .

Rezultatul răspândirii vitezei grupului, pozitiv sau negativ, este în cele din urmă răspândirea impulsului în timp. Acest lucru face ca managementul dispersiei să fie extrem de important în sistemele de comunicații pe fibră optică , deoarece dacă dispersia este prea mare, fiecare grup de impulsuri care transmit informații se va răspândi în timp și se va fuziona, făcând imposibilă extragerea unui semnal util [57] .

Polarizare

Polarizarea este o proprietate generală a undelor care descrie orientarea oscilațiilor lor. Pentru undele transversale, cum ar fi multe unde electromagnetice, descrie orientarea oscilațiilor într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a undei. Oscilațiile pot fi orientate într-o singură direcție ( polarizare liniară ), sau direcția oscilațiilor se poate roti pe măsură ce unda se propagă ( polarizare circulară sau eliptică ). Undele cu polarizare circulară se pot roti spre dreapta sau spre stânga în raport cu direcția de mișcare, iar care dintre aceste două rotații este prezentă în undă se numește chiralitate a undei [60] .

Un mod tipic de a privi polarizarea este de a urmări orientarea vectorului câmpului electric pe măsură ce unda electromagnetică se propagă. Vectorul câmpului electric al unei unde plane poate fi împărțit aproximativ în două componente perpendiculare , etichetate x și y (unde vectorul z indică direcția mișcării). Forma conturată în planul xy de vectorul câmp electric este figura Lissajous , care descrie starea de polarizare [42] . Următoarele figuri prezintă câteva exemple de evoluție a vectorului câmpului electric (albastru) în timp (axele verticale) într-un anumit punct din spațiu, împreună cu componentele sale x și y (roșu/stânga și verde/dreapta) și calea trasată de vectorul în plan (violet): aceeași dependență de timp va fi observată dacă priviți câmpul electric într-un anumit moment de timp când un punct se mișcă în spațiu în direcția opusă propagării undei.

Polarizare liniară Polarizare circulară Polarizare eliptică

În figura din stânga, componentele x și y ale undei luminoase sunt în fază. În acest caz, raportul mărimilor lor este constant, deci direcția vectorului electric (suma vectorială a acestor două componente) este constantă. Deoarece vârful vectorului conturează o singură linie pe plan, acest caz particular se numește polarizare liniară. Direcția acestei linii depinde de amplitudinile relative ale celor două componente ale câmpului electric [60] .

În figura din mijloc, cele două componente ortogonale au amplitudini egale și sunt defazate cu 90°. În acest caz, o componentă a câmpului electric este zero atunci când cealaltă are o amplitudine maximă sau minimă. Există două relații posibile de fază care satisfac această cerință: componenta x poate fi cu 90° înaintea componentei y sau poate fi la 90° în spatele componentului y. În acest caz particular, vectorul electric conturează un cerc în plan, așa că această polarizare se numește polarizare circulară. Direcția de rotație în cerc depinde de care dintre relațiile în două faze se realizează și corespunde polarizării circulare drepte și polarizării circulare stângi [42] .

În toate celelalte cazuri, când cele două componente ale câmpului electric fie nu au aceleași amplitudini și diferența lor de fază nu este nici zero, nici multiplu de 90°, polarizarea se numește polarizare eliptică deoarece vectorul electric urmărește o elipsă în plan. ( elipsa de polarizare ). Acest lucru este prezentat în figura din dreapta. O descriere matematică detaliată a polarizării este realizată folosind calculul Jones și este caracterizată de parametrii Stokes [42] .

Schimbarea polarizării

Mediile cu indici diferiți de refracție pentru diferite polarizări ale undelor sunt numite birefringente [60] . Manifestări binecunoscute ale acestui efect sunt observate în plăcile de undă optice (pentru moduri liniare) și în rotația Faraday , rotația optică (pentru moduri circulare) [42] . Dacă lungimea traseului într-un mediu birefringent este suficientă, vor apărea unde plane din material cu direcții de propagare modificate semnificativ datorită refracției. De exemplu, acest lucru se aplică cristalelor macroscopice de calcit , care arată observatorului două imagini deplasate polarizate ortogonal din tot ceea ce este văzut prin ele. Acest efect l-a ajutat pe Erasmus Bartholin să descopere polarizarea luminii în 1669. În plus, schimbarea de fază și, prin urmare, schimbarea stării de polarizare, este de obicei dependentă de frecvență, ceea ce, combinat cu dicroismul , duce adesea la culori strălucitoare și efecte irizate. În mineralogie , astfel de proprietăți, cunoscute sub numele de pleocroism , sunt adesea folosite pentru a identifica mineralele folosind microscoape polarizante. În plus, multe materiale plastice care nu sunt în mod normal birefringente devin birefringente atunci când sunt supuse la solicitări mecanice , rezultând fenomenul de fotoelasticitate . Tehnicile care nu folosesc birefringența pentru a roti polarizarea liniară a razelor de lumină includ utilizarea rotatoarelor de polarizare prismatică , care utilizează reflexia internă totală în prisme compozite concepute pentru o transmisie coliniară eficientă a luminii [61] .

Mijloacele care reduc amplitudinea undelor cu o anumită polarizare sunt numite dicroice , în timp ce dispozitivele care blochează aproape toate radiațiile în orice mod sunt cunoscute ca filtre polarizante sau pur și simplu „ polarizatoare ”. Legea lui Malus, numită după Étienne Louis Malus , afirmă că atunci când un polarizator ideal este plasat într-un fascicul de lumină polarizat liniar, intensitatea luminii care trece prin el este dată de

Unde

I 0  - intensitatea inițială, iar θ i  este unghiul dintre direcția inițială de polarizare a luminii și axa polarizatorului [60] .

Un fascicul de lumină nepolarizată poate fi considerat ca conține un amestec uniform de polarizări liniare la toate unghiurile posibile. Deoarece media este 1/2, transmitanța devine

În practică, o parte din lumină se pierde în polarizator, iar transmisia efectivă a luminii nepolarizate va fi oarecum mai mică decât această valoare, în jur de 38% pentru polarizatoarele de tip Polaroid, dar semnificativ mai mare (> 49,9%) pentru unele tipuri de birefringenți. prisme [42] .

Pe lângă birefringență și dicroism în medii continue, efectele de polarizare pot apărea la o limită (reflexivă) între două materiale cu indici de refracție diferiți. Acest efect este calculat folosind formulele Fresnel . O parte din undă trece în al doilea mediu, iar o parte este reflectată, iar acest raport depinde de unghiul de incidență și de unghiul de refracție. Astfel, optica undelor prezice unghiul Brewster [42] . Când lumina se reflectă pe o peliculă subțire de pe o suprafață, interferența dintre reflexiile de pe suprafețele filmului poate cauza polarizarea luminii reflectate și transmise.

Lumină naturală

Majoritatea surselor de radiații electromagnetice conțin un număr mare de atomi sau molecule care emit lumină. Este posibil ca orientarea câmpurilor electrice produse de acești emițători să nu fie corelată , caz în care se spune că lumina este nepolarizată . Dacă există o corelație parțială între emițători, atunci se spune că lumina este parțial polarizată . Dacă polarizarea este consecventă pe tot spectrul sursei, lumina parțial polarizată poate fi descrisă ca o suprapunere a unei componente complet nepolarizate și a uneia complet polarizate. Se poate folosi apoi descrierea luminii în ceea ce privește gradul de polarizare și parametrii elipsei de polarizare [42] .

Lumina reflectată de materialele transparente strălucitoare este parțial sau complet polarizată, cu excepția cazului în care lumina este direcționată perpendicular pe suprafață. Acest efect i-a permis matematicianului Étienne Louis Malus să facă măsurători care i-au permis să dezvolte primele modele matematice ale luminii polarizate. Polarizarea poate apărea atunci când lumina este împrăștiată în atmosferă . Lumina difuză creează luminozitatea și culoarea unui cer senin . Această polarizare parțială a luminii împrăștiate poate fi exploatată prin utilizarea filtrelor polarizante pentru a întuneca cerul în fotografii . Polarizarea optică este de o importanță fundamentală în chimie datorită dicroismului circular și rotației optice (" birefringență circulară ") prezentate de moleculele optic active ( chirale ) [42] .

Optică modernă

Optica modernă acoperă domeniile opticii și ingineriei care au devenit populare în secolul al XX-lea. Aceste domenii ale opticii sunt de obicei preocupate de proprietățile electromagnetice sau cuantice ale luminii, dar includ și alte subiecte. Principala subsecțiune a opticii moderne este optica cuantică , care ia în considerare proprietățile mecanice cuantice ale luminii. Optica cuantică nu este doar o teorie; Funcționarea unor dispozitive moderne, cum ar fi laserele, se bazează pe principiile de funcționare explorate în mecanica cuantică. Detectoarele de lumină, cum ar fi fotomultiplicatoarele și kantronii , sunt utilizate pentru a detecta fotonii individuali. Senzorii de imagine electronici , cum ar fi CCD -urile , prezintă un zgomot de fotografiere în concordanță cu statisticile evenimentelor fotonice individuale. Principiile de funcționare a LED-urilor și a celulelor fotovoltaice, de asemenea, nu pot fi înțelese fără a utiliza aparatul mecanicii cuantice. Când se studiază aceste dispozitive, optica cuantică se intersectează adesea cu electronica cuantică [62] .

Domeniile speciale ale cercetării optice includ studiul modului în care lumina interacționează cu materiale specifice, cum ar fi optica cristalului și optica metamaterialelor . Alte cercetări se concentrează pe fenomenologia undelor electromagnetice în optică singulară , optică non-imaging , optică neliniară , optică statistică și radiometrie . În plus , inginerii de calculatoare au arătat un interes pentru optica integrată , viziunea artificială și calculul fotonic ca posibile componente ale computerelor de „generația următoare” [63] .

Astăzi, știința pură a opticii se numește știință optică, sau fizică atomică și moleculară , pentru a o deosebi de științele optice aplicate, care sunt numite optică inginerească . Domeniile majore ale ingineriei optice includ ingineria luminii , fotonica și optoelectronica , cu aplicații practice, cum ar fi proiectarea lentilelor , fabricarea și testarea componentelor optice și procesarea imaginilor . Unele dintre aceste zone se suprapun, cu granițe neclare între termenii subiectului care înseamnă lucruri ușor diferite în diferite părți ale lumii și în diferite industrii. Comunitatea profesională a cercetătorilor în optică neliniară s-a format în ultimele decenii datorită progreselor tehnologiei laser [64] .

Lasere

Un laser este un dispozitiv care emite lumină, un fel de radiație electromagnetică, printr-un proces numit emisie stimulată . Termenul „ laser” este o abreviere a englezei engleze.  Amplificarea luminii prin emisie stimulată de radiaţii [ 65 ] . Lumina laser este de obicei coerentă din punct de vedere spațial , ceea ce înseamnă că lumina fie este emisă într-un fascicul îngust, cu divergență redusă , fie poate fi convertită în fascicul folosind componente optice, cum ar fi lentilele. Deoarece echivalentul cu microunde al unui laser, maserul, a fost dezvoltat mai întâi, dispozitivele care emit microunde și frecvențe radio sunt denumite în mod obișnuit masere .

Primul laser de lucru a fost demonstrat pe 16 mai 1960 de Theodor Maiman la Laboratoarele de Cercetare Hughes [67] . Când au fost inventate, au fost numite „soluție în căutarea unei probleme” [68] . De atunci, laserele au devenit o industrie de mai multe miliarde de dolari, cu mii de aplicații într-o mare varietate de aplicații. Prima aplicare a laserelor vizibile în viața de zi cu zi a populației generale a fost scanerul de coduri de bare din supermarket , introdus în 1974. Player-ul laserdisc , introdus în 1978, a fost primul produs de consum de succes care a inclus un laser, dar CD player-ul a fost primul dispozitiv echipat cu laser care a devenit cu adevărat obișnuit în casele consumatorilor începând cu 1982 [69] . Aceste dispozitive optice de stocare folosesc un laser semiconductor cu o lățime mai mică de un milimetru pentru a scana suprafața discului pentru a citi datele. Comunicarea prin fibră optică se bazează pe utilizarea laserelor pentru a transmite cantități mari de informații la o viteză comparabilă cu viteza luminii. Alte utilizări comune pentru lasere includ imprimantele laser și pointerele laser . Laserele sunt utilizate în medicină în domenii precum chirurgia fără sânge , chirurgia oculară cu laser , microdisecția cu laser imersivă și în aplicații militare, cum ar fi sistemele de apărare antirachetă , contramăsurile electro-optice (EOCM) și lidarurile . Laserele sunt, de asemenea, utilizate în holograme , grafice cu laser , spectacole cu lumini laser și îndepărtarea părului cu laser [70] .

Efectul Kapitza-Dirac

Efectul Kapitza-Dirac determină difracția fasciculelor de particule ca rezultat al întâlnirii unui val de lumină staționar. Fasciculele de lumină pot fi folosite pentru a poziționa particulele de materie prin diferite fenomene (vezi penseta optică ).

Aplicații

Optica face parte din viața de zi cu zi. Ubicuitatea sistemelor vizuale în biologie indică rolul central al opticii ca știință a unuia dintre cele cinci simțuri . Mulți oameni beneficiază de ochelari de vedere sau lentile de contact , iar optica este parte integrantă a funcționării multor produse de consum, inclusiv a camerelor foto . Curcubeele și mirajele sunt exemple de fenomene optice. Comunicațiile optice oferă atât baza pentru Internet , cât și pentru telefonia modernă .

Ochiul uman

Ochiul uman concentrează lumina pe un strat de celule fotoreceptoare numit retină, care formează suprafața interioară a spatelui ochiului. Focalizarea se face printr-o serie de materiale transparente. Lumina care intră în ochi trece mai întâi prin cornee, care oferă cea mai mare parte a puterii optice a ochiului. Lumina trece apoi prin lichid chiar în spatele corneei, în camera anterioară și apoi trece prin pupilă . Apoi, lumina trece printr-o lentilă , care concentrează în continuare lumina și permite reglarea focalizării. Lumina trece apoi prin cea mai mare parte a lichidului din ochi, umoarea vitroasă  , și ajunge la retină. Celulele retiniene acoperă partea din spate a ochiului, cu excepția ieșirii nervului optic; aceasta duce la existenţa unui punct mort .

Există două tipuri de celule fotoreceptoare, bastonașe și conuri, care sunt sensibile la diferite aspecte ale luminii [71] . Celulele cu tije sunt sensibile la intensitatea luminii pe o gamă largă de frecvențe și, prin urmare, sunt responsabile pentru vederea alb-negru . Celulele bastonașe nu sunt prezente în fovee, regiunea retinei responsabilă pentru vederea centrală și nu sunt la fel de sensibile ca celulele conurilor la schimbările spațiale și temporale ale luminii. Cu toate acestea, în retină există de douăzeci de ori mai multe celule basculare decât conuri, deoarece celulele bastonașe sunt situate pe o zonă mai mare. Din această cauză, tijele sunt responsabile pentru vederea periferică [72] .

În schimb, conurile sunt mai puțin sensibile la intensitatea generală a luminii, dar există trei soiuri care sunt sensibile la diferite game de frecvență și, prin urmare, sunt utilizate pentru percepția culorilor și viziunea fotopică . Celulele conice sunt foarte concentrate în fovee și sunt responsabile pentru o acuitate vizuală ridicată, ceea ce înseamnă că au o rezoluție spațială mai bună decât tijele. Deoarece conurile nu sunt la fel de sensibile la lumina slabă precum tijele, tijele sunt responsabile pentru majoritatea vederii nocturne . În mod similar, deoarece celulele conurilor se află în fovee, viziunea centrală (inclusiv vederea necesară pentru citire, lucrul cu detalii mici, cum ar fi coaserea sau examinarea atentă a obiectelor) este realizată de conuri [72] .

Mușchii ciliari din jurul cristalinului vă permit să reglați focalizarea ochiului. Acest proces este cunoscut sub numele de acomodare . Punctul apropiat și punctul îndepărtat determină distanța cea mai apropiată și cea mai îndepărtată față de ochi la care obiectul poate fi văzut focalizat. Pentru o persoană cu vedere normală, punctul îndepărtat este la infinit (orizont). Locația celui mai apropiat punct depinde de cât de mult pot crește curbura lentilei mușchii și de cât de inflexibil a devenit lentila odată cu vârsta. Optometriștii , oftalmologii și opticienii consideră, în general, că punctul de apropiere adecvat este mai aproape decât distanța normală de citire de aproximativ 25 cm [71] .

Defectele vizuale pot fi explicate folosind principii optice. Pe măsură ce îmbătrânim, cristalinul devine mai puțin flexibil, iar punctul apropiat se îndepărtează de ochi, o afecțiune cunoscută sub numele de presbiopie . De asemenea, persoanele care suferă de hipermetropie nu pot reduce distanța focală a lentilelor până la punctul în care obiectele din apropiere sunt afișate pe retina lor. În schimb, persoanele care nu pot crește distanța focală a lentilelor lor într-o asemenea măsură încât obiectele îndepărtate sunt afișate pe retină suferă de miopie și au un punct îndepărtat, care este mult mai aproape de infinit (orizontul). Afecțiunea, cunoscută sub numele de astigmatism , apare atunci când corneea nu este sferică, ci se curbează mai mult într-o singură direcție. Acest lucru face ca obiectele alungite orizontal să se concentreze pe diferite părți ale retinei decât părțile pe care este focalizată imaginea obiectelor alungite pe verticală, rezultând distorsiunea imaginii [71] .

Toate aceste condiții pot fi corectate cu lentile corective . În prezbiopie și hipermetropie, lentila convergentă oferă curbura suplimentară necesară pentru a aduce punctul apropiat mai aproape de ochi, în timp ce în miopie, lentila divergentă oferă curbura necesară pentru a trimite punctul îndepărtat la infinit. Astigmatismul se corectează cu o lentilă cilindrică care se curbează mai mult într-o direcție decât în ​​cealaltă pentru a compensa neregulile corneene [73] .

Puterea optică a lentilelor corective este măsurată în dioptrii , adică reciproca distanței focale măsurată în metri; cu o distanta focala pozitiva corespunzatoare unei lentile convergente si o distanta focala negativa corespunzatoare unei lentile divergente. Pentru lentilele care corectează și pentru astigmatism sunt date trei numere: unul pentru puterea sferică, unul pentru puterea cilindrică și unul pentru unghiul de orientare al astigmatismului [73] .

Efect vizual

Iluziile optice (numite și iluzii vizuale) sunt caracterizate de imagini percepute vizual care diferă de realitatea obiectivă. Informațiile colectate de ochi sunt procesate în creier și percepute ca fiind diferite de obiectul afișat. Iluziile optice pot rezulta dintr-o varietate de fenomene, inclusiv efecte fizice care creează imagini care sunt diferite de obiectele care le creează, efectele fiziologice ale suprastimulării asupra ochilor și creierului (de exemplu, luminozitate, înclinare, culoare, mișcare) și cognitive. iluzii în care ochiul și creierul fac concluzii inconștiente [74] .

Iluziile cognitive rezultă din aplicarea greșită inconștientă a anumitor principii optice. De exemplu, iluziile camerei Ames , ale lui Hering , Müller-Lyer , Orbison , Ponzo , Sander și Wundt se bazează pe presupunerea că distanța apare cu linii convergente și divergente, la fel ca razele de lumină paralele (sau chiar și orice set de linii paralele) par să convergă către un punct de fuga la infinit în imaginile 2D cu perspectivă artistică [75] . Această presupunere este responsabilă și de celebra iluzie a lunii , când luna, în ciuda faptului că are aproape aceeași dimensiune unghiulară, pare mult mai mare în apropierea orizontului decât la zenit [76] . Această iluzie l-a încurcat atât de mult pe Ptolemeu încât a atribuit-o în mod incorect refracției atmosferice când a descris-o în tratatul său de Optică [8] .

Un alt tip de iluzie optică folosește modele defecte pentru a păcăli mintea să perceapă simetrii sau asimetrii care nu există. Exemplele includ peretele cafenelei , iluziile Zöllner , Ehrenstein , Fraser și Poggendorff . Asemănătoare, dar nu strict iluzii, sunt regularitățile care decurg din suprapunerea structurilor periodice. De exemplu, țesăturile transparente cu o structură de zăbrele creează forme cunoscute sub denumirea de modele moiré , în timp ce suprapunerea unor modele transparente periodice care conțin linii sau curbe opace paralele are ca rezultat modele moiré liniare [77] .

Instrumente optice

Lentilele unice au multe utilizări, inclusiv lentilele fotografice , lentilele corective și lupele, în timp ce oglinzile simple sunt folosite în reflectoare parabolice și oglinzi retrovizoare . Combinarea mai multor oglinzi, prisme și lentile produce instrumente optice compozite care au aplicații practice. De exemplu, un periscop  este pur și simplu două oglinzi plate aliniate astfel încât să puteți vedea împrejurimile din spatele unui obstacol. Cele mai cunoscute instrumente optice compozite din știință sunt microscopul și telescopul, care au fost inventate de olandezi la sfârșitul secolului al XVI-lea [78] .

Microscoapele au fost proiectate mai întâi cu două lentile: o lentilă obiectiv și un ocular . Obiectivul este în esență o lupă și avea o distanță focală foarte scurtă, în timp ce un ocular are de obicei o distanță focală mai mare. Acest lucru are ca rezultat imagini mărite ale obiectelor din apropiere. De obicei, se folosește o sursă de lumină suplimentară, deoarece imaginile mărite sunt mai slabe din cauza conservării energiei și a răspândirii razelor de lumină pe o suprafață mai mare. Microscoapele moderne, cunoscute sub numele de microscoape compuse, au mai multe lentile (de obicei patru) pentru a optimiza funcționalitatea și a îmbunătăți stabilitatea imaginii [78] . Un tip ușor diferit de microscop, microscopul de comparație , examinează imaginile din apropiere pentru a crea o imagine binoculară stereoscopică care pare tridimensională atunci când este folosită de oameni [79] .

Primele telescoape, numite telescoape refractive, au fost, de asemenea, proiectate cu un singur obiectiv și o lentilă oculară. Spre deosebire de microscop, obiectivul telescopului are o distanță focală mare pentru a evita aberațiile optice. Lentila focalizează imaginea unui obiect îndepărtat la punctul său focal, care este reglat pentru a fi în focalizarea unui ocular cu o distanță focală mult mai mică. Scopul principal al unui telescop nu este neapărat de a mări, ci mai degrabă de a colecta lumina, care este determinată de dimensiunea fizică a obiectivului. Astfel, telescoapele sunt de obicei menționate după diametrul obiectivelor lor, nu după mărire, care poate fi schimbată prin schimbarea ocularelor. Deoarece mărirea unui telescop este egală cu distanța focală a obiectivului împărțită la distanța focală a ocularului, ocularele cu distanțe focale mai scurte vor determina o mărire mai mare [78] .

Deoarece realizarea de lentile mari este mult mai dificilă decât realizarea de oglinzi mari, majoritatea telescoapelor moderne sunt telescoape reflectorizante (reflectoare) , adică telescoape care folosesc o oglindă primară mai degrabă decât o lentilă obiectiv. Aceleași considerații generale de optică geometrică se aplică telescoapelor reflectorizante care au fost aplicate telescoapelor refractive, și anume că, cu cât oglinda principală este mai mare, cu atât se colectează mai multă lumină, iar mărirea este încă egală cu distanța focală a oglinzii principale împărțită la focală. lungimea ocularului. Telescoapele profesionale de obicei nu au oculare, iar în schimb un instrument (adesea un CCD ) este plasat la punctul focal [78] .

Fotografie

Optica fotografiei include atât obiectivele, cât și mediul în care este înregistrată radiația vizibilă, fie că este o placă , un film sau un dispozitiv cuplat la încărcare. Fotografii trebuie să țină cont de reciprocitatea camerei și a fotografiei, care se exprimă prin raport

Expunere ∝ Zona de deschidere × Timp de expunere × Luminozitatea scenei [80]

Cu alte cuvinte, cu cât diafragma este mai mică (ceea ce oferă o adâncime mai mare de focalizare), cu atât intră mai puțină lumină, astfel încât durata de timp trebuie mărită (ducând la posibile estompare a mișcării). Un exemplu de utilizare a legii reciprocității este regula F/16 , care oferă o estimare aproximativă a setărilor necesare pentru a estima expunerea corectă la lumina zilei [81] .

Diafragma unei camere este măsurată printr-un număr adimensional numit număr f (apertura relativă), adesea notat cu , și este dat de

unde  este distanța focală și  este diametrul deschiderii. Prin convenție, „f/#” este tratat ca un singur caracter, iar valorile specifice f/# sunt scrise prin înlocuirea semnului lire sterline cu valoarea corespunzătoare. Creșterea diafragmei poate fi realizată prin scăderea diametrului pupilei de intrare sau prin creșterea distanței focale (în cazul unui obiectiv cu zoom, acest lucru se poate face prin simpla reglare a obiectivului). Numerele f mai mari au și o adâncime de câmp mai mare datorită faptului că obiectivul se apropie de limita camerei stenopeice, care este capabilă să focalizeze perfect toate imaginile indiferent de distanță, dar necesită timpi de expunere foarte mari [82] .

Câmpul de vedere pe care îl va oferi obiectivul variază în funcție de distanța focală a obiectivului. Există trei clasificări principale bazate pe raportul dintre dimensiunea diagonalei filmului sau dimensiunea senzorului camerei și distanța focală a obiectivului [83] .

  • Lentila normală : Un unghi de vedere de aproximativ 50° (numit normal deoarece acest unghi este considerat a fi aproximativ echivalent cu vederea umană [83] ) iar distanța focală este aproximativ diagonala filmului sau a senzorului [84] .
  • Lentila cu unghi larg : Un unghi de vedere de peste 60° și o distanță focală mai mică decât un obiectiv convențional [85] .
  • Teleobiectiv : Unghiul de vedere este mai îngust decât cel al unui obiectiv convențional. Acesta este orice obiectiv cu o lungime focală mai mare decât diagonala filmului sau a senzorului [86] . Cel mai comun tip de teleobiectiv este teleobiectivul , care folosește un grup special de teleobiective care este fizic mai scurt decât distanța sa focală [87] .

Lentilele moderne cu zoom pot avea unele sau toate aceste atribute.

Valoarea absolută a timpului de expunere necesar depinde de cât de sensibil este mediul utilizat la lumină (măsurat prin sensibilitatea la lumină a filmului sau, pentru mediile digitale, eficiența cuantică a detectorului) [88] . Fotografia timpurie folosea materiale cu sensibilitate la lumină foarte scăzută, așa că timpii de expunere trebuiau să fie lungi chiar și pentru fotografii foarte luminoase. Pe măsură ce tehnologia s-a îmbunătățit, la fel și sensibilitatea filmului și a camerelor digitale [89] .

Alte rezultate ale opticii ondulate și geometrice sunt aplicabile opticii camerei. De exemplu, rezoluția maximă a unei anumite configurații a camerei este determinată de limita de difracție asociată cu dimensiunea deschiderii și, aproximativ vorbind, de criteriul Rayleigh [90] .

Optica atmosferică

Proprietățile optice unice ale atmosferei dau naștere unei game largi de fenomene optice impresionante. Culoarea albastră a cerului este rezultatul direct al împrăștierii Rayleigh, care redirecționează lumina soarelui cu frecvență mai mare (albastru) înapoi în câmpul vizual al observatorului. Deoarece lumina albastră se împrăștie mai ușor decât lumina roșie, soarele capătă o nuanță roșiatică atunci când este privit printr-o atmosferă densă, cum ar fi în timpul răsăritului sau apusului . Particulele suplimentare din atmosferă pot împrăștia culori diferite în unghiuri diferite, creând ceruri strălucitoare colorate la amurg și în zori. Imprăștirea cristalelor de gheață și a altor particule în atmosferă este cauza halourilor , a strălucirilor , a coroanelor , a razelor de soare și a parhelionului . Diferențele în fenomene de acest fel se datorează dimensiunilor și geometriilor diferitelor particule [91] .

Mirajele sunt fenomene optice în care razele de lumină se îndoaie din cauza schimbărilor de temperatură ale indicelui de refracție al aerului, creând imagini deplasate sau foarte distorsionate ale obiectelor îndepărtate. Alte fenomene optice dramatice asociate cu aceasta includ efectul Pământului Nou, în care soarele pare să răsară mai devreme decât se prevedea, cu o formă distorsionată. Forma spectaculoasă datorată refracției apare într- o inversiune de temperatură numită Fata Morgana , când obiectele aflate la orizont sau chiar dincolo de orizont, precum insule, stânci, corăbii sau aisberguri, apar alungite și înălțate, asemenea unor „castele cu zâne” [92] .

Un curcubeu este rezultatul unei combinații de reflexie internă și lumină refractată împrăștiată în picături de ploaie. O singură reflexie de pe suprafața din spate a multor picături de ploaie creează un curcubeu pe cer cu o dimensiune unghiulară de 40° până la 42° cu roșu pe exterior. Un curcubeu dublu este creat de două reflexii interne care variază de la 50,5° la 54° cu violet pe exterior. Deoarece un curcubeu este vizibil atunci când soarele este la 180° de centrul curcubeului, curcubeul este mai vizibil cu cât soarele este mai aproape de orizont [60] .

Vezi și

Note

 

  1. Enciclopedia McGraw-Hill de Știință și Tehnologie. — al 5-lea. — McGraw-Hill, 1993.
  2. Cel mai vechi telescop din lume? , BBC News  (1 iulie 1999). Arhivat din original la 1 februarie 2009. Preluat la 3 ianuarie 2010.
  3. T.F. Head. Dicționarul concis Oxford de etimologie engleză . - 1996. - ISBN 978-0-19-283098-2 .
  4. A History Of The Eye Arhivat din original pe 20 ianuarie 2012. . stanford.edu. Accesat 2012-06-10.
  5. TL Heath. Un manual de matematică grecească. — Courier Dover Publications, 2003. — P. 181–182. — ISBN 978-0-486-43231-1 .
  6. William R. Uttal. Detectarea formei vizuale în spațiul tridimensional. - Psychology Press, 1983. - P. 25–. — ISBN 978-0-89859-289-4 .
  7. Euclid. Versiunea arabă a opticii lui Euclid = Kitāb Uqlīdis fī ikhtilāf al-manāẓir . - New York: Springer, 1999. - ISBN 978-0-387-98523-7 .
  8. 12 Ptolemeu . Teoria percepției vizuale a lui Ptolemeu: o traducere în engleză a Opticii cu introducere și comentariu. - Editura DIANE, 1996. - ISBN 978-0-87169-862-9 .
  9. Verma, R. L. (1969), Al-Hazen: tatăl opticii moderne , Al-Arabi vol . 8: 12–3, PMID 11634474 
  10. Adamson, Peter (2006). „Al-Kindi¯ și receptarea filozofiei grecești”. În Adamson, Peter; Taylor, R. Companionul Cambridge al filosofiei arabe. Cambridge University Press. p. 45. ISBN 978-0-521-52069-0 .
  11. 1 2 Rashed, Roshdi (1990). „Un pionier în anaclastice: Ibn Sahl în oglinzile și lentilele arzătoare”. Isis . 81 (3): 464-491. DOI : 10.1086/355456 .
  12. Întreprinderea științei în Islam: noi perspective . — MIT Press, 2003. — P.  85–118 . - ISBN 978-0-262-19482-2 .
  13. G. Hatfield. Tradiție, transmitere, transformare: lucrările a două conferințe despre știința premodernă ținute la Universitatea din Oklahoma  / FJ Ragep; P. Sally; SJ Livesey. - Brill Publishers, 1996. - P. 500. - ISBN 978-90-04-10119-7 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  14. Nader El-Bizri (2005). „O perspectivă filozofică asupra opticii lui Alhazen” . Științe și filosofie arabă . 15 (2): 189-218. DOI : 10.1017/S0957423905000172 .
  15. Nader El-Bizri (2007). „În apărarea suveranității filozofiei: Critica lui al-Baghdadi asupra geometrizării locului a lui Ibn al-Haytham” . Științe și filosofie arabă . 17 :57-80. DOI : 10.1017/S0957423907000367 .
  16. G. Simon (2006). „Privirea din Ibn al-Haytham”. Jurnalul de istorie medievală . 9 :89-98. DOI : 10.1177/097194580500900105 .
  17. Ian P. Howard. Vedere binoculară și stereopsie  / Ian P. Howard, Brian J. Rogers. - Oxford University Press, 1995. - P. 7. - ISBN 978-0-19-508476-4 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  18. Elena Agazzi. Reprezentarea luminii în arte și științe: teorii și practici  / Elena Agazzi, Enrico Giannetto, Franco Giudice. - V&R unipress GmbH, 2010. - P. 42. - ISBN 978-3-89971-735-8 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  19. DC Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler , (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), pp. 94-99.
  20. Vincent, Ilardi. Viziunea Renașterii de la ochelari la telescoape . — Philadelphia, PA: American Philosophical Society, 2007. — P.  4–5 . — ISBN 978-0-87169-259-7 .
  21. Henry C. King. Istoria telescopului. - Publicații Courier Dover, 2003. - ISBN 978-0-486-43265-6 .
  22. Paul S. Agutter. Gândirea la viață: istoria și filosofia biologiei și a altor științe. - Springer, 2008. - ISBN 978-1-4020-8865-0 .
  23. Ilardi, Vincent. Viziunea Renașterii de la ochelari la telescoape . - American Philosophical Society, 2007. - ISBN 978-0-87169-259-7 .
  24. Watson, Fred. Stargazer: Viața și timpurile telescopului. - Allen & Unwin, 2007. - ISBN 978-1-74175-383-7 .
  25. Ilardi, Vincent. Viziunea Renașterii de la ochelari la telescoape . - American Philosophical Society, 2007. - P.  244 . — ISBN 978-0-87169-259-7 .
  26. Caspar, Kepler , pp. 198-202 Arhivat {{{2}}}. , Publicații Courier Dover, 1993, ISBN 0-486-67605-6 .
  27. A.I. Sabra. Teorii ale luminii, de la Descartes la Newton. - Arhiva CUP, 1981. - ISBN 978-0-521-28436-3 .
  28. WF Magie. O carte sursă în fizică . — Harvard University Press, 1935.
  29. J. C. Maxwell (1865). „O teorie dinamică a câmpului electromagnetic”. Tranzacții filosofice ale Societății Regale din Londra . 155 : 459-512. Cod biblic : 1865RSPT..155..459C . DOI : 10.1098/rstl.1865.0008 .
  30. Pentru o abordare solidă a complexității motivațiilor intelectuale ale lui Planck pentru cuantică, pentru acceptarea reticentă a implicațiilor sale, vezi H. Kragh, Max Planck: the reluctant revolutionary Arhivat la 1 aprilie 2012 la Wayback Machine , Physics World . decembrie 2000.
  31. Einstein, A. Din punct de vedere euristic privind producerea și transformarea luminii // The Old Quantum Theory . - Pergamon, 1967. - P.  91-107 . Capitolul este o traducere în engleză a lucrării lui Einstein din 1905 despre efectul fotoelectric.
  32. Einstein, A. (1905). „Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt”. Annalen der Physik [ germană ] ]. 322 (6): 132-148. Cod biblic : 1905AnP ...322..132E . DOI : 10.1002/andp.19053220607 .
  33. „Despre constituția atomilor și moleculelor” . Revista Filosofică . 26, Seria 6: 1-25. 1913. Arhivat din original la 2007-07-04 . Preluat 2021-06-30 . Parametrul depreciat folosit |deadlink=( ajutor ). Lucrarea de referință care stabilește modelul Bohr al atomului și al legăturilor moleculare .
  34. R. Feynman. Capitolul 1 // QED: Strania teorie a luminii și a materiei. - Princeton University Press, 1985. - ISBN 978-0-691-08388-9 .
  35. N. Taylor. LASER: Inventatorul, laureatul Nobel și războiul de treizeci de ani al brevetelor. - Simon & Schuster, 2000. - ISBN 978-0-684-83515-0 .
  36. Folosit în aproximarea optică geometrică
  37. Ariel Lipson. Fizica optică  / Ariel Lipson, Stephen G. Lipson, Henry Lipson. - Cambridge University Press, 28 octombrie 2010. - P. 48. - ISBN 978-0-521-49345-1 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  38. Arthur Schuster. O introducere în teoria opticii . - E. Arnold, 1904. - P.  41 .
  39. JE Greivenkamp. Ghid de câmp pentru optica geometrică. Ghiduri de teren SPIE vol. FG01 . - SPIE, 2004. - P. 19–20. - ISBN 978-0-8194-5294-8 .
  40. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tineri. Fizica universitară: versiune extinsă cu fizică modernă . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 .
  41. Marchand, E. W. Gradient Index Optics . - New York: Academic Press, 1978.
  42. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 E. Hecht. Optica . — al 2-lea. - Addison Wesley, 1987. - ISBN 978-0-201-11609-0 . capitolele 5 și 6.
  43. M.V. Klein & T.E. Furtak, 1986, Optics, John Wiley & Sons, New York ISBN 0-471-87297-0 .
  44. M. Born și E. Wolf (1999). Principiul opticii . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-64222-1 .
  45. J. Goodman. Introducere în optica Fourier . — al 3-lea. - Roberts & Co Publishers, 2005. - ISBN 978-0-9747077-2-3 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  46. A.E. Siegman. lasere . - Cărți universitare de știință, 1986. - ISBN 978-0-935702-11-8 . capitolul 16.
  47. 1 2 3 H.D. Tineri. Fizică universitară 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Capitolul 37
  48. 1 2 P. Hariharan. Interferometrie optică . - Presa Academică, 2003. - ISBN 978-0-12-325220-3 . Arhivat pe 6 aprilie 2008 la Wayback Machine
  49. ER Hoover. Cradle of Greatness: Realizări naționale și mondiale ale Rezervației de Vest din Ohio. — Shaker Savings Association, 1977.
  50. R. Hook. Micrografie: sau, Unele descrieri fiziologice ale corpurilor minuscule realizate cu lupe . - J. Martyn și J. Allestry, 1665. - ISBN 978-0-486-49564-4 .
  51. H. W. Turnbull (1940–1941). „Relațiile scoțiane timpurii cu Societatea Regală: I. James Gregory, FRS (1638–1675)”. Note și înregistrări ale Societății Regale din Londra . 3 :22-38. DOI : 10.1098/rsnr.1940.0003 .
  52. T. Rothman . Totul este relativ și alte fabule în știință și tehnologie . - Wiley, 2003. - ISBN 978-0-471-20257-8 .
  53. 1 2 3 4 H.D. Tineri. Fizică universitară 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Capitolul 38
  54. RS Longhurst. Optica geometrică și fizică, ediția a II-a. — Longmans, 1968.
  55. C. F. Bohren. Absorbția și împrăștierea luminii de către particule mici / CF Bohren, DR Huffman. - Wiley, 1983. - ISBN 978-0-471-29340-8 .
  56. JD Jackson. Electrodinamica clasica . — al 2-lea. - Wiley, 1975. - P.  286 . - ISBN 978-0-471-43132-9 .
  57. 1 2 R. Ramaswami. Rețele optice: o perspectivă practică  / R. Ramaswami, KN Sivarajan. - Londra: Academic Press, 1998. - ISBN 978-0-12-374092-2 . Arhivat pe 10 mai 2021 la Wayback Machine
  58. Brillouin, Leon. Propagarea undelor și viteza de grup . Academic Press Inc., New York (1960)
  59. M. Născut . Principiul opticii  / M. Born, E. Wolf. - Cambridge: Cambridge University Press, 1999. - P.  14-24 . - ISBN 978-0-521-64222-4 .
  60. 1 2 3 4 5 H.D. Tineri. Fizică universitară 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Capitolul 34
  61. FJ Duarte. Optică laser reglabilă . - CRC, 2015. - ISBN 978-1-4822-4529-5 . Arhivat pe 2 aprilie 2015 la Wayback Machine
  62. D.F. Walls și G.J. Milburn Quantum Optics (Springer 1994)
  63. Alastair D. McAulay. Arhitecturi optice de calculatoare: aplicarea conceptelor optice la calculatoarele de generație următoare . - Wiley, 16 ianuarie 1991. - ISBN 978-0-471-63242-9 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  64. YR Shen. Principiile opticii neliniare. - New York, Wiley-Interscience, 1984. - ISBN 978-0-471-88998-4 .
  65. laser . reference.com. Consultat la 15 mai 2008. Arhivat din original la 31 martie 2008.
  66. The VLT's Artificial Star , ESO Picture of the Week . Arhivat din original pe 3 iulie 2014. Preluat la 25 iunie 2014.
  67. CH Townes. Primul laser . Universitatea din Chicago. Preluat la 15 mai 2008. Arhivat din original la 17 mai 2008.
  68. CH Townes . Primul laser // Un secol de natură: douăzeci și unu de descoperiri care au schimbat știința și lumea  / Laura Garwin ; Tim Lincoln. — University of Chicago Press, 2003. — P.  107–112 . - ISBN 978-0-226-28413-2 .
  69. Cum a fost dezvoltat CD-ul , BBC News  (17 august 2007). Arhivat din original pe 7 ianuarie 2012. Preluat la 17 august 2007.
  70. J. Wilson. Lasere: principii și aplicații, Prentice Hall International Series in Optoelectronics / J. Wilson, JFB Hawkes. - Prentice Hall, 1987. - ISBN 978-0-13-523697-0 .
  71. 1 2 3 D. Atchison. Optica ochiului uman / D. Atchison, G. Smith. - Elsevier, 2000. - ISBN 978-0-7506-3775-6 .
  72. 12 E.R. _ Kandel. Principiile științei neuronale  / ER Kandel, JH Schwartz. - McGraw-Hill, 2000. - ISBN 978-0-8385-7701-1 .
  73. 1 2 D. Meister. Design lentile oftalmice . OptiCampus.com. Consultat la 12 noiembrie 2008. Arhivat din original pe 27 decembrie 2008.
  74. J. Bryner. Cheia tuturor iluziilor optice descoperite . LiveScience.com (2 iunie 2008). Arhivat din original pe 5 septembrie 2008.
  75. Geometry of the Vanishing Point Arhivat 22 iunie 2008. la Convergence Arhivat din original pe 13 iulie 2007.
  76. „The Moon Illusion Explained” Arhivat 4 decembrie 2015. , Don McCready, Universitatea din Wisconsin-Whitewater
  77. A. K. Jain. Metode de minimizare a energiei în viziunea computerizată și recunoașterea modelelor. - ISBN 978-3-540-42523-6 .
  78. 1 2 3 4 H.D. Tineri. 36 // Fizică universitară 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 .
  79. P.E. Nothnagle. Introducere în stereomicroscopie . Nikon MicroscopyU. Arhivat din original pe 16 septembrie 2011.
  80. Samuel Edward Sheppard. Investigații privind teoria procesului fotografic  / Samuel Edward Sheppard, Charles Edward Kenneth Mees. - Longmans, Green and Co., 1907. - P.  214 .
  81. BJ Suess. Stăpânirea fotografiei alb-negru . - Allworth Communications, 2003. - ISBN 978-1-58115-306-4 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  82. MJ Langford. Fotografie de bază . - Focal Press, 2000. - ISBN 978-0-240-51592-2 .
  83. 12 Warren , Bruce. fotografie . - Cengage Learning, 2001. - P. 71. - ISBN 978-0-7668-1777-7 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  84. Leslie D. Stroebel. Vezi tehnica camerei . - Focal Press, 1999. - ISBN 978-0-240-80345-6 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  85. S. Simmons. Utilizarea camerei de vizualizare . - Amphoto Books, 1992. - P.  35 . — ISBN 978-0-8174-6353-3 .
  86. Sidney F. Ray. Optica fotografică aplicată: lentile și sisteme optice pentru fotografie, film, video, imagini electronice și digitale . - Focal Press, 2002. - P. 294. - ISBN 978-0-240-51540-3 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  87. Personalul New York Times. Ghidul New York Times pentru cunoștințe esențiale . - Macmillan, 2004. - ISBN 978-0-312-31367-8 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  88. R.R. Carlton. Principiile imagistică radiografică: o artă și o știință . - Thomson Delmar Learning, 2000. - ISBN 978-0-7668-1300-7 . Arhivat pe 9 iulie 2021 la Wayback Machine
  89. W. Crawford. Păstrătorii luminii: o istorie și un ghid de lucru pentru procesele fotografice timpurii . - Morgan & Morgan, 1979. - ISBN 978-0-87100-158-0 .
  90. JM Cowley. Fizica difracției. - Amsterdam : Olanda de Nord, 1975. - ISBN 978-0-444-10791-6 .
  91. CD Ahrens. Meteorology Today: o introducere în vreme, climă și mediu . - West Publishing Company, 1994. - ISBN 978-0-314-02779-5 .
  92. A. Young. O introducere în Mirages . Arhivat din original pe 10 ianuarie 2010.

Manuale și ghiduri de studiu

Societate

Literatură

  • B. M. Yavorsky și A. A. Detlaf Manual de fizică. — M .: Nauka , 1971.
  • Akhmanov S. A. , Nikitin S. Yu. Optica fizică. - M. : MGU , 2004. - ISBN 5-211-04858-X  - 656 p.
  • Volosov D.S. Optica fotografică. Teorie, baze de proiectare, caracteristici optice. - M . : Art , 1978. - 543 p.

Link -uri