Optik

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 juni 2022; kontroller kräver 10 redigeringar .

Optik (från antikens grekiska ὀπτική "vetenskapen om visuell perception") är en gren av fysiken som studerar ljusets beteende och egenskaper , inklusive dess interaktion med materia och skapandet av verktyg som använder eller upptäcker det [1] . Optik beskriver generellt beteendet hos synlig , ultraviolett och infraröd strålning. Eftersom ljus är en elektromagnetisk våg , har andra former av elektromagnetisk strålning , såsom röntgenstrålar , mikrovågor och radiovågor , liknande egenskaper.

De flesta optiska fenomen kan förklaras med klassisk elektrodynamik . Den fullständiga elektromagnetiska beskrivningen av ljus är dock ofta svår att tillämpa i praktiken. Praktisk optik bygger vanligtvis på förenklade modeller. Den vanligaste av dessa, geometrisk optik , ser ljus som en uppsättning strålar som färdas i raka linjer och böjer sig när de passerar genom eller reflekteras från ytor. Vågoptik  är en mer komplett modell av ljus som inkluderar vågeffekter som diffraktion och interferens som inte beaktas i geometrisk optik. Historiskt utvecklades först strålmodellen av ljus, och sedan vågmodellen av ljus. Framsteg i teorin om elektromagnetism på 1800-talet ledde till förståelsen av ljusvågor som den synliga delen av det elektromagnetiska spektrumet.

Vissa fenomen beror på det faktum att ljus uppvisar våg- och partikelegenskaper . Förklaringen till detta beteende finns i kvantmekaniken . När man överväger de korpuskulära egenskaperna representeras ljus som en samling partiklar som kallas fotoner . Kvantoptik använder kvantmekanik för att beskriva optiska system.

Optisk vetenskap är relevant och studeras inom många relaterade discipliner, inklusive astronomi , olika områden inom teknik , fotografi och medicin (särskilt oftalmologi och optometri ). Praktiska tillämpningar av optik kan hittas i en mängd olika teknologier och vardagliga saker, inklusive speglar , linser , teleskop , mikroskop , lasrar och fiberoptik .

Historik

Optik började med utvecklingen av linser av de gamla egyptierna och mesopotamierna . De tidigaste kända linserna från Kreta , gjorda av polerad kristall, ofta kvarts , går tillbaka till 2000 f.Kr. e. (Arkeologiska museet i Heraklion, Grekland). Linser från Rhodos går tillbaka till omkring 700 f.Kr. BC, samt assyriska linser som Nimrud-linsen [2] . De gamla romarna och grekerna fyllde glaskulor med vatten för att göra linser. Dessa praktiska framsteg följdes av utvecklingen av teorier om ljus och syn av antika grekiska och indiska filosofer, och av utvecklingen av geometrisk optik i den grekisk-romerska världen . Ordet optik kommer från det antika grekiska ordet ὀπτική , som betyder "utseende" [3] .

Grekerna ansåg optik som en del av en filosofisk doktrin – den hade två motsatta teorier om hur syn fungerar: teorin om intromission ( engelska  intromission ) och teorin om strålning [4] . Intromissionsmetoden såg syn som härrörande från föremål som gjuter kopior av sig själva (så kallade eidolas från engelskan  eidola ) som fångades av ögat. Med många grundare inklusive Demokritos , Epikuros , Aristoteles och deras anhängare, verkar denna teori ha haft en viss likhet med moderna teorier om vad vision egentligen är, men det har förblivit en ren spekulation utan någon experimentell grund.

Platon var den första som formulerade teorin om strålning, idén att visuell perception utförs av strålar som sänds ut av ögonen. Han kommenterade också paritetsändringen av speglarna i Timaeus [5] . Några hundra år senare skrev Euclid (4:e-3:e århundradena f.Kr.) en avhandling som heter Optik , där han kopplade samman syn med geometri och skapade geometrisk optik [6] . Han baserade sitt arbete på Platons strålningsteori, där han beskrev de matematiska reglerna för perspektiv och kvalitativt beskrev effekterna av brytning , även om han tvivlade på att en ljusstråle från ögat omedelbart skulle kunna tända stjärnor varje gång någon blinkar [7] . Euklid formulerade principen om den kortaste ljusvägen och betraktade flera reflektioner på platta och sfäriska speglar. Ptolemaios höll sig i sin avhandling Optik till synteorin "intromission-strålning": strålarna (eller strömmen) från ögat bildar en kon, vars spets är inuti ögat, och basen bestämmer synfältet. Strålarna var känsliga och förmedlade till observatörens sinne information om ytornas avstånd och orientering. Han sammanfattade mycket av Euklids geometriska optik och fortsatte med att beskriva ett sätt att mäta brytningsvinkeln , även om han inte märkte något empiriskt samband mellan den och infallsvinkeln [8] . Plutarchus (1:a-2nd århundradet e.Kr.) beskrev flera reflektioner på sfäriska speglar och diskuterade skapandet av förstorade och förminskade bilder, både verkliga och imaginära, inklusive fallet med bildkiralitet .

Under medeltiden återupplivades grekiska idéer om optik och spreds av författare i den muslimska världen . En av de första av dessa var Al-Kindi (ca 801-873), som skrev om fördelarna med de aristoteliska och euklidiska idéerna om optik, och föredrog teorin om strålning, eftersom den möjliggjorde bättre kvantitativ bestämning av optiska fenomen [10] . År 984 skrev den persiske matematikern Ibn Sal en avhandling "Om brinnande speglar och linser", som korrekt beskrev brytningslagen, motsvarande Snells lag [11] . Han använde denna lag för att beräkna de optimala formerna för linser och böjda speglar . I början av 1000-talet skrev Alhazen (Ibn al-Haytham) boken om optik ( Kitab al-manazir ), där han undersökte reflektion och brytning och föreslog ett nytt system för att förklara syn och ljus, baserat på observation och experiment [12] [13] [ 14] [15] [16] . Han förkastade "strålningsteorin" som används inom ptolemaisk optik, det vill säga när de nödvändiga strålarna för synen sänds ut av ögat, och framförde istället idén att ljus reflekteras i alla riktningar i raka linjer från alla punkter på de observerade objekten och går sedan in i ögat, även om han inte korrekt kunde förklara hur ögat fångar strålarna [17] . Alhazens verk ignorerades till stor del i arabvärlden, men det översattes anonymt till latin omkring 1200 e.Kr. och sammanfattades och utökades sedan av den polske munken Witelo [18] , vilket gjorde det till standardtexten om optik i Europa under de kommande 400 åren.

I det medeltida Europa på 1200-talet skrev den engelske biskopen Robert Grosseteste om ett brett spektrum av vetenskapliga ämnen och diskuterade ljus ur fyra olika synvinklar: ljusets epistemologi , ljusets metafysik eller kosmogoni , ljusets etiologi eller fysik, och ljusets teologi [19] , baserad på Aristoteles och platonismens skrifter. Grossetestes mest kända student, Roger Bacon , skrev verk som citerade ett brett utbud av nyligen översatta verk om optik och filosofi, inklusive verk av Alhazen, Aristoteles, Avicenna , Averroes , Euclid, al-Kindi, Ptolemaios, Tideus och Constantine Africanus . Bacon kunde använda delar av glaskulor som förstoringsglas för att visa att ljus reflekteras från föremål istället för att komma från dem.

De första bärbara glasögonen uppfanns i Italien omkring 1286 [20] . Detta var början på den optiska industrin att slipa och polera linserna för dessa "glasögon", först i Venedig och Florens på 1200-talet, och sedan i glasögontillverkningscentra i Nederländerna och Tyskland [21] . Glasögonmakare gjorde förbättrade typer av linser för synkorrigering baserade mer på empirisk kunskap från att observera effekterna av linser snarare än på den tidens elementära optiska teori (en teori som för det mesta inte ens kunde förklara hur glasögon fungerar adekvat) [22] [23] . Denna praktiska utveckling, hantverk och experiment med linser ledde direkt till uppfinningen av det sammansatta optiska mikroskopet runt 1595 och refraktorteleskopet 1608, som båda har sitt ursprung i glasögontillverkningscentra i Nederländerna [24] .

I början av 1600-talet kompletterade Johannes Kepler geometrisk optik i sina skrifter genom att beakta linser, reflektion av platta och böjda speglar, principerna för pinhole kameror , den omvända kvadratlagen som styr ljusintensiteten och optiska förklaringar till astronomiska fenomen som mån och sol. förmörkelser och astronomisk parallax . Han kunde också korrekt identifiera näthinnans roll som det faktiska bildregistrerande organet, och kunde slutligen vetenskapligt kvantifiera effekterna av olika typer av linser som glasögonmakare hade observerat under de föregående 300 åren [25] . Efter uppfinningen av teleskopet lade Kepler den teoretiska grunden för hur de fungerade och beskrev en förbättrad version, känd som Kepler-teleskopet , med två konvexa linser för att få högre förstoring [26] .

Optisk teori utvecklades i mitten av 1600-talet med avhandlingar skrivna av filosofen René Descartes , som förklarade många optiska fenomen, inklusive reflektion och brytning, förutsatt att ljus sänds ut av föremålen som skapade det [27] . Detta skilde sig väsentligt från den antika grekiska teorin om strålning . I det sena 1660-talet och tidigt 1670- tal utökade Isaac Newton Descartes idéer till en korpuskulär teori om ljus , och bestämde att vitt ljus är en blandning av färger som kan separeras i dess beståndsdelar med hjälp av ett prisma . År 1690 föreslog Christian Huygens en vågteori om ljus baserad på spekulationer från Robert Hooke 1664. Hooke själv kritiserade offentligt Newtons teorier om ljus, och fiendskapen mellan de två varade fram till Hookes död. År 1704 publicerade Newton Optics , och vid den tiden, delvis på grund av hans framsteg inom andra fysikområden, betraktades han allmänt som vinnaren i debatter om ljusets natur.

Newtonsk optik var allmänt accepterad fram till början av 1800-talet, då Thomas Young och Augustin-Jean Fresnel genomförde ljusinterferensexperiment som fastställde ljusets vågnatur. Youngs berömda dubbelslitsexperiment visade att ljus följer principen om superposition , vilket är en vågliknande egenskap som inte förutspås av Newtons teori om blodkroppar. Detta arbete ledde till uppkomsten av teorin om ljusdiffraktion och öppnade ett helt område av forskning inom fysisk optik [28] . Vågoptik kombinerades framgångsrikt med teorin om elektromagnetism av James Clerk Maxwell på 1860 -talet [29] .

Den fortsatta utvecklingen av optisk teori ägde rum 1899, när Max Planck korrekt modellerade svart kroppsstrålning , och antog att utbytet av energi mellan ljus och materia endast sker i små portioner, som han kallade kvanta [30] . År 1905 publicerade Albert Einstein teorin om den fotoelektriska effekten, som fast etablerade kvantiseringen av själva ljuset [31] [32] . År 1913 visade Niels Bohr att atomer bara kan avge energi i fragment, vilket förklarar de diskreta linjerna som observeras i emissions- och absorptionsspektra [ 33] . Förståelsen av samspelet mellan ljus och materia som följde dessa framsteg utgjorde inte bara grunden för kvantoptik, utan var också avgörande för utvecklingen av kvantmekaniken som helhet. Den ultimata kulmen, teorin om kvantelektrodynamik , förklarar all optik och elektromagnetiska processer i allmänhet som ett resultat av utbytet av verkliga och virtuella fotoner [34] . Kvantoptik fick praktisk betydelse med uppfinningen av masern 1953 och lasern 1960 [35] .

Efter Paul Diracs arbete inom kvantfältteorin tillämpade George Sudarshan , Roy J. Glauber och Leonard Mandel kvantteori på det elektromagnetiska fältet på 1950- och 1960-talen för att få en mer detaljerad förståelse av fotodetektion och ljusets statistiska egenskaper .

Ljusets egenskaper

Ljusvågens längd beror på utbredningshastigheten för vågen i mediet och är relaterad till den och frekvensen med förhållandet:

var  är mediets brytningsindex . I allmänhet är ett mediums brytningsindex en funktion av våglängden: . Brytningsindexets beroende av våglängden visar sig i form av fenomenet ljusspridning .

Ljusfunktioner är:

Ljusets hastighet

Ett universellt begrepp inom fysiken är ljusets hastighet . Dess värde i vakuum är inte bara den begränsande hastigheten för utbredning av elektromagnetiska svängningar av vilken frekvens som helst, utan också i allmänhet den begränsande hastigheten för utbredning av information eller någon påverkan på materiella föremål. När ljus fortplantar sig i olika medier minskar ljusets fashastighet vanligtvis: , där är mediets brytningsindex , vilket kännetecknar dess optiska egenskaper och beror på ljusets frekvens: . I området för onormal spridning av ljus kan brytningsindexet vara mindre än 1, och ljusets fashastighet är större än . Det sista påståendet motsäger inte relativitetsteorin , eftersom överföringen av information med hjälp av ljus inte sker med fas, utan som regel med grupphastighet .

Klassisk optik

I klassisk optik finns det två huvudsektioner: geometrisk (eller stråle) optik och fysisk (eller våg) optik. I geometrisk optik antas ljus färdas längs raka banor, medan i vågoptik behandlas ljus som en elektromagnetisk våg.

Geometrisk optik kan ses som den första approximationen till vågoptik, vilket gäller när våglängden på det använda ljuset är mycket mindre än storleken på de optiska elementen i systemet som modelleras.

Geometrisk optik

Geometrisk optik , eller stråloptik , beskriver utbredningen av ljus i form av "strålar" som visar ljusets bana som rör sig i raka linjer och vars banor styrs av lagarna för reflektion och brytning vid gränssnitt mellan olika medier [37] . Dessa lagar etablerades empiriskt så tidigt som 984 e.Kr. [11] och har använts i utvecklingen av optiska komponenter och verktyg från då till idag. De kan sammanfattas enligt följande:

När en ljusstråle träffar gränsen mellan två genomskinliga material delas den i reflekterade och brutna strålar.

Reflektionslagen säger att den reflekterade strålen ligger i infallsplanet, och reflektionsvinkeln är lika med infallsvinkeln. Brytningslagen säger att den brutna strålen ligger i infallsplanet, och sinus för infallsvinkeln dividerat med sinus för brytningsvinkeln är en konstant: ,

där n  är en konstant för två valfria material och en given färg (våglängd) av ljus. Om det första materialet är luft eller vakuum,  är n det andra materialets brytningsindex .

Lagarna för reflektion och brytning kan härledas från Fermats princip, som säger att den väg som en ljusstråle färdas mellan två punkter är den väg som kan färdas på kortast tid [38] .

Approximationer

Geometrisk optik förenklas ofta med hjälp av den paraxiella eller "liten vinkel" approximationen. Då blir det matematiska beteendet hos de för oss intressanta kvantiteterna linjärt, vilket gör det möjligt att beskriva optiska komponenter och system med enkla matriser. Detta leder till metoderna för Gaussisk optik och paraxiell strålspårning , som används för att bestämma de grundläggande egenskaperna hos optiska system, såsom den ungefärliga positionen och förstoringen av en bild och ett objekt [39] .

Reflektioner

Reflektioner kan delas in i två typer: spegelreflektion och diffus reflektion . Spegelreflektion beskriver briljansen hos ytor som speglar som reflekterar ljus på ett enkelt och förutsägbart sätt. Detta gör att du kan skapa reflekterade bilder som är associerade med en faktisk ( verklig ) eller extrapolerad ( virtuell ) plats i rymden. Diffus reflektion beskriver icke-blanka material som papper eller sten. Reflektioner från dessa ytor kan endast beskrivas statistiskt, med en exakt fördelning av det reflekterade ljuset beroende på materialets mikroskopiska struktur. Många diffusa reflektorer beskrivs av eller kan approximeras av Lamberts cosinuslag , som används för ytor med samma ljusstyrka när de ses från vilken vinkel som helst. Blanka ytor kan ge både speglande och diffusa reflektioner.

Vid spegelreflektion bestäms den reflekterade strålens riktning av den vinkel med vilken den infallande strålen bildar en normal till ytan - en linje vinkelrät mot ytan vid den punkt där strålen infaller. De infallande och reflekterade strålarna och normalen ligger i samma plan, och vinkeln mellan den reflekterade strålen och normalen till ytan sammanfaller med vinkeln mellan den infallande strålen och normalen [40] . Denna observation är känd som reflektionslagen .

För platta speglar innebär reflektionslagen att bilderna av objekten är i vertikalt läge och på samma avstånd bakom spegeln som objekten framför spegeln. Storleken på bilden är densamma som storleken på objektet. Lagen innebär också att spegelbilder är paritetsinverterade, vilket av ögat uppfattas som en vänster-höger-inversion. Bilder som bildas som ett resultat av reflektion i två (eller ett jämnt antal) speglar är inte paritetsinverterade. Hörnreflektorer skapar reflekterade strålar som återvänder i den riktning från vilken de infallande strålarna kom [40] . Denna enhet kallas en reflektor .

Speglar med krökta ytor kan modelleras med hjälp av strålspårning och med hjälp av reflektionslagen vid varje punkt på ytan. För speglar med paraboliska ytor producerar parallella strålar som infaller på spegeln reflekterade strålar som konvergerar vid ett gemensamt fokus . Andra krökta ytor kan också fokusera ljus, men med divergerande formavvikelser som suddar ut fokus i rymden. Speciellt uppvisar sfäriska speglar sfärisk aberration . Böjda speglar kan bilda bilder med förstoring större än eller mindre än en, och förstoringen kan vara negativ, vilket indikerar att bilden är inverterad. En vertikal bild som bildas av en reflektion i en spegel är alltid virtuell, medan en inverterad bild är verklig och kan projiceras på en skärm [40] .

Refraktion

Brytning uppstår när ljus passerar genom ett område i rymden med ett ändrat brytningsindex; denna princip gör att linser kan användas för att fokusera ljus. Det enklaste fallet av brytning uppstår när det finns ett gränssnitt mellan ett homogent medium med ett brytningsindex och ett annat medium med ett brytningsindex . I sådana situationer beskriver Snells lag den resulterande avböjningen av ljusstrålen:

var och  är vinklarna mellan normalen (till gränssnittet) och infallande respektive brutna strålar [40] .

Ett mediums brytningsindex är relaterat till ljusets fashastighet v i detta medium genom sambandet

,

där c  är ljusets hastighet i vakuum .

Snells lag kan användas för att förutsäga avböjningen av ljusstrålar när de passerar genom ett linjärt medium, givet dess brytningsindex och geometri. Till exempel får ljusets utbredning genom ett prisma att ljusstrålen avviker beroende på prismats form och orientering. I de flesta material beror brytningsindex också på ljusets frekvens. Med detta i åtanke kan Snells lag användas för att förutsäga hur ett prisma kommer att dela upp ljus i ett spektrum. Upptäckten av fenomenet ljusets passage genom ett prisma tillskrivs Isaac Newton [40] .

Vissa medier har ett brytningsindex som gradvis ändras med koordinater, och därför är ljusstrålarnas vägar i mediet krökta. Denna effekt är särskilt ansvarig för hägringar observerade under varma dagar: förändringen i luftens brytningsindex med höjden gör att ljusstrålar böjs, vilket ger uppkomsten av spegelreflektioner på avstånd (som när de reflekteras från en kropps yta av vatten). Optiska material med variabelt brytningsindex kallas material med graderat brytningsindex (GRIN). Sådana material används för att tillverka optiska element med ett gradientbrytningsindex [41] .

För ljusstrålar som går från ett material med ett högt brytningsindex till ett material med ett lågt brytningsindex förutspår Snells lag att det inte finns någon vinkel , vid vissa stora värden på . I det här fallet finns det ingen passage av en ljusstråle in i det andra mediet, och allt ljus reflekteras. Detta fenomen kallas total intern reflektion och tillåter användning av fiberoptisk teknik. När ljus färdas genom en optisk fiber genomgår det total intern reflektion, vilket gör det möjligt att praktiskt taget inte förlora ljus längs kabelns längd [40] .

Linser

En enhet som producerar konvergerande eller divergerande ljusstrålar på grund av brytning kallas en lins . Linser kännetecknas av sin brännvidd : en konvergerande lins har en positiv brännvidd och en divergerande lins har en negativ brännvidd. En kortare brännvidd gör att objektivet har en starkare konvergens- eller divergenseffekt. Brännvidden för en enkel lins i luft ges av linsekvationen [42] .

Strålspårning kan användas för att förklara bildbildningen av linser. För en tunn lins i luft ges bildens position med en enkel ekvation

,

var  är avståndet från objektet till linsen,  är avståndet från linsen till bilden och  är linsens brännvidd. I teckenkonventionen som används här är avstånden mellan ett objekt och en bild positiva om objektet och bilden är på motsatta sidor av linsen [42] .

Inkommande parallella strålar fokuseras av en konvergerande lins till en punkt en brännvidd bort från linsen, på den bortre sidan av linsen. Detta kallas objektivets bakre brännpunkt. Strålar från ett objekt på ett ändligt avstånd fokuserar längre från linsen än brännvidden; Ju närmare objektet är objektivet, desto längre är bilden från den.

När det gäller divergerande linser divergerar inkommande parallella strålar efter att ha passerat genom linsen på ett sådant sätt att de ser ut att komma från en punkt en brännvidd framför linsen. Detta är objektivets främre brännpunkt. Strålar från ett objekt som befinner sig på ett ändligt avstånd är associerade med en virtuell bild som är närmare linsen än fokuspunkten och på samma sida av linsen som objektet. Ju närmare objektet är linsen, desto närmare den virtuella bilden. Precis som med speglar är de vertikala bilderna som produceras av en enda lins virtuella, medan de inverterade bilderna är verkliga [40] .

Linser lider av aberrationer som förvränger bilden. Monokromatiska aberrationer uppstår eftersom linsens geometri inte tillåter att strålarna idealiskt riktas från en objektpunkt till en punkt i bilden, medan kromatisk aberration uppstår på grund av att linsens brytningsindex varierar beroende på våglängden på ljus [40] .

Vågoptik

I vågoptik anses ljus fortplanta sig som en våg. Denna modell förutsäger fenomen som interferens och diffraktion, som inte förklaras i termer av geometrisk optik. Ljusvågornas hastighet i luft är ungefär 3,0 × 10 8  m/s (exakt 299 792 458 m/s i vakuum ). Våglängden för synligt ljus ligger i intervallet 400 till 700 nm, men termen "ljus" används också ofta för strålning i de infraröda (0,7-300 mikron) och ultravioletta (10-400 nm) områdena av spektrumet.

Vågmodellen kan användas för att förutsäga beteendet hos ett optiskt system utan att behöva en förklaring av vad som "vibrerar" i vilket medium. Fram till mitten av 1800-talet trodde de flesta fysiker på ett "eteriskt" medium där ljusstörningar fortplantar sig [43] . Förekomsten av elektromagnetiska vågor förutspåddes 1865 av Maxwells ekvationer . Dessa vågor fortplantar sig med ljusets hastighet och har olika elektriska och magnetiska fält vinkelräta mot varandra såväl som till utbredningsriktningen. Ljusvågor behandlas numera vanligtvis som elektromagnetiska vågor, förutom när kvantmekaniska effekter måste beaktas.

Modellering och design av optiska system med hjälp av vågoptik

Många förenklade approximationer finns tillgängliga för analys och design av optiska system. De flesta av dem använder en enda skalär kvantitet för att representera det elektriska fältet för en ljusvåg, snarare än en vektormodell med ortogonala elektriska och magnetiska fält [44] . Huygens -Fresnel- ekvationen  är en sådan modell. Den erhölls empiriskt av Fresnel 1815 på grundval av Huygens hypotes att varje punkt på vågfronten genererar en sekundär sfärisk vågfront, som Fresnel kombinerade med principen om vågsuperposition . Kirchhoff - diffraktionsekvationen , som härleds med hjälp av Maxwells ekvationer, sätter Huygens–Fresnel-ekvationen på en mer solid fysisk grund. Exempel på tillämpningar av Huygens–Fresnel-principen finns i artiklar om diffraktion och Fraunhofer-diffraktion .

Mer rigorösa modeller, inklusive simulering av en ljusvåg med både elektriska och magnetiska fält, krävs när man arbetar med material vars elektriska och magnetiska egenskaper påverkar ljusets interaktion med materialet. Till exempel är beteendet hos en ljusvåg som interagerar med en metallyta mycket annorlunda än vad som händer när ljus interagerar med ett dielektriskt material. Vektormodellen bör också användas för att simulera polariserat ljus.

Numeriska simuleringsmetoder som finita elementmetoden , boundary element-metoden och matrismetoden för att beskriva transmissionslinjer kan användas för att modellera ljusets utbredning i system som inte kan lösas analytiskt. Sådana modeller kräver beräkning och används vanligtvis endast för att lösa småskaliga problem som kräver noggrannhet som överstiger vad som kan uppnås med analytiska lösningar [45] .

Alla resultat från geometrisk optik kan rekonstrueras med Fourieroptikmetoder , som är relaterade till många av samma matematiska och analytiska metoder som används inom teknisk akustik och signalbehandling .

Gaussisk strålutbredning  är en enkel paraxial vågoptikmodell för utbredning av koherent strålning som appliceras på laserstrålar. Denna metod tar delvis hänsyn till diffraktion, vilket möjliggör en exakt beräkning av hastigheten med vilken laserstrålen expanderar med tillryggalagd sträcka och den minsta storlek som strålen kan fokuseras till. Således eliminerar Gaussisk strålutbredningsmetoden gapet mellan geometrisk och vågoptik [46] .

Överlagring och interferens

I frånvaro av icke- linjära effekter kan superpositionsprincipen användas för att förutsäga formen på interagerande signaler genom att helt enkelt lägga till störningar. Denna interaktion av vågor för att skapa det resulterande mönstret kallas vanligtvis för "störningar" och kan leda till en mängd olika effekter. Om två vågor med samma våglängd och frekvens är i fas , då sammanfaller vågornas toppar och dalar. Detta leder till konstruktiv interferens och en ökning av vågamplituden, vilket för ljus är förknippat med ljusning vid denna maximala punkt. Annars, om två vågor med samma våglängd och frekvens är ur fas, kommer vågtopparna att sammanfalla med vågdalarna och vice versa. Detta leder till destruktiv interferens och en minskning av vågamplituden, vilket för ljus är förknippat med mörkare vid denna minimipunkt. Se en illustration av denna effekt nedan [47] .

kombinerad
vågform
våg 1
våg 2
Två vågor i fas Två vågor
i motfas (180°)

Eftersom Huygens-Fresnel-principen säger att varje punkt på vågfronten är associerad med skapandet av en ny störning, kan vågfronten interferera konstruktivt eller destruktivt med sig själv på olika punkter i rymden, skapa ljusa och mörka band med regelbundna och förutsägbara mönster [47 ] . Interferometri  är vetenskapen om att mäta dessa strukturer, som vanligtvis används som ett sätt att exakt bestämma avstånd eller vinkelupplösning [48] . Michelson- interferometern använde interferenseffekter för att exakt mäta ljusets hastighet [49] .

Utseendet på tunna filmer och beläggningar beror direkt på interferenseffekter. Antireflexbeläggningar använder destruktiv interferens för att minska reflektionsförmågan hos belagda ytor och kan användas för att minimera bländning och oönskade reflektioner. Det enklaste fallet är en enskiktsbeläggning med en tjocklek på en fjärdedel av det infallande ljusets våglängd. Då är den reflekterade vågen från toppen av filmen och den reflekterade vågen från film/material-gränssnittet ur fas med exakt 180°, vilket orsakar destruktiv interferens. Vågorna är ur fas för endast en våglängd, som vanligtvis väljs nära mitten av det synliga spektrumet, runt 550 nm. Mer komplexa konstruktioner som använder flera lager kan ge låg reflektivitet över ett brett område eller extremt låg reflektans vid en enda våglängd.

Strukturella störningar i tunna filmer kan skapa starka reflektioner av ljus över ett intervall av våglängder som kan vara smala eller breda beroende på beläggningens utformning. Dessa filmer används för att tillverka dielektriska speglar , interferensfilter , värmereflektorer och färgseparationsfilter i färg-tv- kameror. Denna interferenseffekt är också ansvarig för de färgglada iriserande mönstren på oljefläckar [47] .

Diffraktion och optisk upplösning

Diffraktion är den process genom vilken ljusinterferens oftast observeras. Effekten beskrevs första gången 1665 av Francesco Maria Grimaldi , som också myntade termen från latinets diffringere , "att bryta isär". Senare under århundradet beskrev Robert Hooke och Isaac Newton också detta fenomen, som nu är känt som Newtons ringdiffraktion [50] medan James Gregory registrerade sina observationer av fågelfjäders diffraktionsmönster [51] .

Den första diffraktionsmodellen baserad på Huygens-Fresnel-principen utvecklades 1803 av Thomas Young i hans interferensexperiment med interferensmönstren för två tätt åtskilda slitsar. Young visade att hans resultat bara kunde förklaras om de två slitsarna fungerade som två unika källor för ljusvågor snarare än blodkroppar [52] . 1815 och 1818 gav Augustin-Jean Fresnel en matematisk beskrivning av hur våginterferens kunde förklara diffraktion [42] .

De enklaste fysiska modellerna av diffraktion använder ekvationer som beskriver vinkelseparationen mellan ljusa och mörka band på grund av ljus med en viss våglängd (λ). I allmänhet tar ekvationen formen

var  är avståndet mellan de två källorna till vågfronten (i fallet med Youngs experiment var dessa två slitsar ),  är vinkelavståndet mellan det centrala bandet och bandet i den ordning där det centrala maximumet observeras vid [53] .

Denna ekvation är något modifierad för att ta hänsyn till olika situationer såsom diffraktion genom en enda slits, diffraktion genom flera slitsar eller diffraktion genom ett diffraktionsgitter som innehåller ett stort antal slitsar med samma avstånd mellan atomerna [53] . Mer komplexa diffraktionsmodeller kräver användning av Fresnel eller Fraunhofer diffraktionsteori [54] .

Röntgendiffraktion utnyttjar det faktum att atomer i en kristall är åtskilda på lika avstånd från varandra i storleksordningen en ångström . För att se diffraktionsmönstren passerar röntgenstrålar med våglängder nära detta avstånd genom kristallen. Eftersom kristaller är tredimensionella objekt och inte tvådimensionella gitter, ändras motsvarande diffraktionsmönster i två riktningar i enlighet med Bragg-reflektion , där motsvarande ljusa fläckar uppträder i unika mönster (för varje kristall) och två gånger avståndet mellan atomerna [53 ] .

Diffraktionseffekter begränsar en optisk detektors förmåga att lösa individuella ljuskällor. I allmänhet kommer ljus som passerar genom en bländare att uppleva diffraktion, och de bästa bilderna som kan produceras (som beskrivs av optiken när man närmar sig diffraktionsgränsen ) visas som en central punkt med omgivande ljusa ringar åtskilda av mörka områden; detta mönster är känt som det luftiga mönstret , och det centrala ljusa området är känt som den luftiga skivan [42] . Storleken på en sådan skiva bestäms av uttrycket

där θ  är vinkelupplösningen, λ  är ljusets våglängd och D  är linsens bländardiameter . Om vinkelavståndet mellan två punkter är mycket mindre än vinkelradien för den luftiga skivan, kan de två punkterna inte lösas upp i bilden, men om deras vinkelavstånd är mycket större, bildas separata bilder av de två punkterna och kan lösas. Rayleigh definierade det experimentella " Rayleigh-kriteriet " enligt vilket två punkter vars vinkelseparation är lika med radien för den luftiga skivan (mätt till den första nollan, det vill säga till den första platsen där blackout observeras) kan anses vara lösta. Det kan ses att ju större diameter objektivet har eller dess slutliga bländare, desto skarpare upplösning [53] . Astronomisk interferometri , med sin förmåga att simulera extremt stora basöppningar, ger högsta möjliga vinkelupplösning [48] .

När man bygger astronomiska bilder uppnår inte atmosfären optimal upplösning i det synliga spektrumet på grund av atmosfärisk spridning och spridning, som orsakar blinkande stjärnor. Astronomer hänvisar till denna effekt som kvaliteten på astronomisk synlighet . Sådana tekniker, kända som adaptiva optiska tekniker , har använts för att eliminera atmosfärisk distorsion i bilder och uppnå resultat som närmar sig diffraktionsgränsen.

Spridning och spridning

Brytningsprocesser sker inom tillämpningsområdet för vågoptik, där ljusets våglängd liknar andra avstånd, som en slags spridning. Den enklaste typen av spridning är Thomson-spridning , som uppstår när elektromagnetiska vågor avböjs av enskilda partiklar. Inom gränsen för Thomson-spridning, där ljusets böljande natur är uppenbar, sprids ljus oberoende av frekvens, i motsats till Compton-spridning , som är frekvensberoende och är en strikt kvantmekanisk process som involverar ljusets partikelnatur. I statistisk mening är den elastiska spridningen av ljus av många partiklar som är mycket mindre än ljusets våglängd en process som kallas Rayleigh-spridning , medan en liknande process för spridning av partiklar med samma eller större våglängd kallas Mie-spridning , vilket resulterar i effekten Tyndall . En liten del av ljuset som sprids av atomer eller molekyler kan genomgå Raman-spridning , där ljusets frekvens ändras på grund av excitation av atomerna och molekylerna. Mandelstam-Brillouin-spridning uppstår när ljusets frekvens ändras på grund av lokala förändringar i tid och vibrationer av ett tätt material [55] .

Dispersion uppstår när olika frekvenser av det elektromagnetiska spektrumet har olika fashastigheter på grund av materialegenskaper (materialdispersion ) eller optisk vågledargeometri ( vågledardispersion ) . Den mest kända formen av dispersion är minskningen av brytningsindex med ökande våglängd, vilket ses i de flesta transparenta material. Detta fenomen kallas "normal dispersion." Det observeras i alla dielektriska material i de våglängdsområden där materialet inte absorberar ljus [56] . I våglängdsområden där mediet har betydande absorption kan brytningsindexet öka med ökande våglängd. Detta fenomen kallas "anomal dispersion" [40] .

Färgseparation med ett prisma är ett exempel på normal spridning. Vid ytan av ett prisma förutspår Snells lag att ljus som faller in i en vinkel θ mot normalen kommer att brytas i en vinkel båge (sin(θ)/ n ). Således böjer blått ljus, med sitt högre brytningsindex, mer än rött ljus, vilket resulterar i det välkända regnbågsmönstret [ 40] .

Dispersionen av ett material kännetecknas ofta av Abbe-talet , vilket ger ett enkelt mått på spridningen baserat på brytningsindex för tre specifika våglängder. Vågledarspridningen beror på utbredningskonstanten [42] . Båda typerna av spridning orsakar förändringar i vågens gruppegenskaper, det vill säga egenskaperna hos vågpaketet, som ändras med samma frekvens som den elektromagnetiska vågens amplitud. "Grupphastighetsdispersion" visas som en spridning av signalens "envelopp" av strålning och kan kvantifieras med hjälp av gruppdispersionsfördröjningsparametern:

var  är grupphastigheten för vågen [57] . För ett homogent medium är grupphastigheten

där n  är brytningsindex och c  är ljusets hastighet i vakuum [58] . Detta ger en enklare form för dispersionsfördröjningsparametern:

Om D är mindre än noll, sägs mediet ha positiv varians eller normal varians. Om D är större än noll, har mediet negativ dispersion . Om en ljuspuls utbreder sig genom ett medium med normal spridning blir resultatet att de högre frekvenskomponenterna saktar ner mer än de lägre frekvenskomponenterna. Pulsen blir således positivt linjärt modulerad , eller boost , vars frekvens ökar med tiden. Detta gör att ljusspektrumet som kommer ut ur prismat ser ut som att rött ljus är minst bryts och blått eller violett ljus är mest avböjt. Omvänt, om pulsen passerar genom ett medium med anomal (negativ) spridning, färdas högfrekvenskomponenterna snabbare än lågfrekventa komponenter och pulsen blir negativt linjärt modulerad eller nedväxling , och minskar i frekvens med tiden [59] .

Resultatet av spridningen av grupphastigheten, positiv eller negativ, är i slutändan spridningen av momentum i tiden. Detta gör dispersionshantering extremt viktigt i fiberbaserade optiska kommunikationssystem , för om spridningen är för hög kommer varje grupp av pulser som sänder information att spridas ut i tiden och smälta samman, vilket gör det omöjligt att extrahera en användbar signal [57] .

Polarisering

Polarisation är en allmän egenskap hos vågor som beskriver orienteringen av deras svängningar. För tvärgående vågor, såsom många elektromagnetiska vågor, beskriver den orienteringen av svängningarna i ett plan vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning. Oscillationerna kan vara orienterade i en riktning ( linjär polarisation ), eller så kan riktningen för svängningarna rotera när vågen fortplantar sig ( cirkulär eller elliptisk polarisation ). Vågor med cirkulär polarisation kan rotera åt höger eller vänster med avseende på rörelseriktningen, och vilken av dessa två rotationer som finns i vågen kallas vågens kiralitet [ 60] .

Ett typiskt sätt att se på polarisering är att spåra orienteringen av den elektriska fältvektorn när den elektromagnetiska vågen utbreder sig. Den elektriska fältvektorn för en plan våg kan grovt delas in i två vinkelräta komponenter , märkta x och y (där vektorn z anger rörelseriktningen). Formen som skisseras i xy-planet av den elektriska fältvektorn är Lissajous-figuren , som beskriver polarisationstillståndet [42] . Följande figurer visar några exempel på utvecklingen av den elektriska fältvektorn (blå) över tiden (vertikala axlar) vid en viss punkt i rymden, tillsammans med dess x- och y -komponenter (röd/vänster och grön/höger) och den spårade vägen av vektorn i planet (lila): samma beroende av tid kommer att observeras om du tittar på det elektriska fältet vid ett visst ögonblick när en punkt rör sig i rymden i motsatt riktning mot vågens utbredning.

Linjär polarisering Cirkulär polarisering Elliptisk polarisering

I figuren längst till vänster är x- och y-komponenterna i ljusvågen i fas. I det här fallet är förhållandet mellan deras magnituder konstant, så riktningen för den elektriska vektorn (vektorsumman av dessa två komponenter) är konstant. Eftersom spetsen på vektorn skisserar en enda linje på planet, kallas detta speciella fall linjär polarisering. Riktningen för denna linje beror på de relativa amplituderna för de två komponenterna i det elektriska fältet [60] .

I den mellersta figuren har de två ortogonala komponenterna lika amplituder och är ur fas med 90°. I detta fall är en komponent av det elektriska fältet noll när den andra har en maximal eller minsta amplitud. Det finns två möjliga fasförhållanden som uppfyller detta krav: x-komponenten kan vara 90° före y-komponenten, eller den kan vara 90° bakom y-komponenten. I det här speciella fallet skisserar den elektriska vektorn en cirkel i planet, så denna polarisation kallas cirkulär polarisation. Rotationsriktningen i cirkeln beror på vilket av tvåfassambanden som realiseras, och motsvarar den högra cirkulära polarisationen och den vänstra cirkulära polarisationen [42] .

I alla andra fall, när de två komponenterna i det elektriska fältet antingen inte har samma amplituder och deras fasskillnad varken är noll eller en multipel av 90°, kallas polarisationen elliptisk polarisation eftersom den elektriska vektorn spårar en ellips i planet ( polarisationsellipsen ). Detta visas i bilden till höger. En detaljerad matematisk beskrivning av polarisationen utförs med hjälp av Jones-kalkylen och kännetecknas av Stokes-parametrarna [42] .

Ändring av polarisering

Medier med olika brytningsindex för olika vågpolarisationer kallas dubbelbrytande [60] . Välkända manifestationer av denna effekt observeras i optiska vågplattor (för linjära lägen) och i Faraday-rotationen , optisk rotation (för cirkulära lägen) [42] . Om väglängden i ett dubbelbrytande medium är tillräcklig kommer plana vågor att komma ut från materialet med väsentligt ändrade utbredningsriktningar på grund av brytning. Till exempel gäller detta makroskopiska kalcitkristaller , som visar observatören två ortogonalt polariserade förskjutna bilder av allt som ses genom dem. Det var denna effekt som hjälpte Erasmus Bartholin att upptäcka ljusets polarisering 1669. Dessutom är fasförskjutningen, och därmed förändringen i polarisationstillstånd, vanligtvis frekvensberoende, vilket i kombination med dikroism ofta resulterar i ljusa färger och iriserande effekter. Inom mineralogi används sådana egenskaper, kända som pleokroism , ofta för att identifiera mineraler med hjälp av polariserande mikroskop. Dessutom blir många plaster som normalt inte är dubbelbrytande dubbelbrytande när de utsätts för mekanisk påfrestning , vilket resulterar i fenomenet fotoelasticitet . Tekniker som inte använder dubbelbrytning för att rotera den linjära polariseringen av ljusstrålar inkluderar användningen av prismatiska polarisationsrotatorer , som använder total intern reflektion i kompositprismor designade för effektiv kollinär ljustransmission [61] .

Medier som minskar amplituden av vågor med en viss polarisation kallas dikroiska , medan enheter som blockerar nästan all strålning i ett läge kallas polariserande filter eller helt enkelt " polarisatorer ". Malus lag, uppkallad efter Étienne Louis Malus , säger att när en ideal polarisator placeras i en linjärt polariserad ljusstråle, ges intensiteten av ljuset som passerar genom den av

var

I 0  - initial intensitet, och θi är vinkeln mellan den initiala ljuspolarisationsriktningen  och polarisatoraxeln [60] .

En stråle av opolariserat ljus kan tänkas innehålla en enhetlig blandning av linjära polarisationer i alla möjliga vinklar. Eftersom medelvärdet är 1/2 blir transmittansen

I praktiken förloras en del av ljuset i polarisatorn, och den faktiska överföringen av opolariserat ljus kommer att vara något lägre än detta värde, cirka 38 % för polarisatorer av polaroidtyp, men betydligt högre (> 49,9 %) för vissa typer av dubbelbrytande prismor [42] .

Förutom dubbelbrytning och dikroism i kontinuerliga medier kan polarisationseffekter uppstå vid en (reflekterande) gräns mellan två material med olika brytningsindex. Denna effekt beräknas med Fresnel-formlerna . En del av vågen passerar in i det andra mediet, och en del reflekteras, och detta förhållande beror på infallsvinkeln och brytningsvinkeln. Således förutsäger vågoptik Brewster-vinkeln [42] . När ljus reflekteras från en tunn film på en yta, kan interferens mellan reflektioner från filmytorna orsaka att reflekterat och transmitterat ljus polariseras.

Naturligt ljus

De flesta källor till elektromagnetisk strålning innehåller ett stort antal atomer eller molekyler som avger ljus. Orienteringen av de elektriska fält som alstras av dessa sändare kanske inte är korrelerade , i vilket fall ljuset sägs vara opolariserat . Om det finns en partiell korrelation mellan strålarna, sägs ljuset vara delvis polariserat . Om polarisationen är konsekvent över källans spektrum, kan partiellt polariserat ljus beskrivas som en överlagring av en helt opolariserad komponent och en helt polariserad komponent. Man kan då använda beskrivningen av ljus i termer av graden av polarisation och parametrarna för polarisationsellipsen [42] .

Ljus som reflekteras från glänsande transparenta material är delvis eller helt polariserat, förutom när ljuset riktas vinkelrätt mot ytan. Det var denna effekt som gjorde det möjligt för matematikern Étienne Louis Malus att göra mätningar som gjorde att han kunde utveckla de första matematiska modellerna av polariserat ljus. Polarisering kan uppstå när ljus sprids i atmosfären . Diffuserat ljus skapar ljusstyrkan och färgen på en klar himmel . Denna partiella polarisering av spritt ljus kan utnyttjas genom att använda polariserande filter för att göra himlen mörkare i fotografier . Optisk polarisering är av grundläggande betydelse i kemi på grund av den cirkulära dikroismen och optiska rotationen (" cirkulär dubbelbrytning ") som uppvisas av optiskt aktiva ( kirala ) molekyler [42] .

Modern optik

Modern optik täcker de områden av optik och ingenjörskonst som blev populära på 1900-talet. Dessa områden av optik handlar vanligtvis om ljusets elektromagnetiska eller kvantegenskaper, men inkluderar också andra ämnen. Huvuddelen av modern optik är kvantoptik , som tar hänsyn till ljusets kvantmekaniska egenskaper. Kvantoptik är inte bara en teori; Driften av vissa moderna enheter, såsom lasrar, är baserad på de principer för drift som utforskas inom kvantmekaniken. Ljusdetektorer som fotomultiplikatorer och kantroner används för att detektera enskilda fotoner. Elektroniska bildsensorer , såsom CCD:er , uppvisar skottbrus som överensstämmer med statistiken för enskilda fotonhändelser. Principerna för drift av lysdioder och fotovoltaiska celler kan inte heller förstås utan att använda kvantmekanikens apparater. När man studerar dessa enheter, korsar kvantoptik ofta kvantelektronik [62] .

Specialområden för optisk forskning inkluderar studiet av hur ljus interagerar med specifika material som kristalloptik och metamaterialoptik . Annan forskning fokuserar på fenomenologin av elektromagnetiska vågor i singular optik , icke-avbildande optik , icke-linjär optik , statistisk optik och radiometri . Dessutom har datoringenjörer visat intresse för integrerad optik , maskinseende och fotonisk beräkning som möjliga komponenter i "nästa generations" datorer [63] .

Idag kallas den rena vetenskapen om optik optisk vetenskap, eller atom- och molekylfysik , för att skilja den från de tillämpade optiska vetenskaperna, som kallas ingenjörsoptik . Huvudområden av optisk ingenjörskonst inkluderar ljusteknik , fotonik och optoelektronik , med praktiska tillämpningar som linsdesign , tillverkning och testning av optiska komponenter samt bildbehandling . Vissa av dessa områden överlappar varandra, med suddiga gränser mellan ämnestermer som betyder lite olika saker i olika delar av världen och i olika branscher. Den professionella gruppen av forskare inom olinjär optik har bildats under de senaste decennierna på grund av framsteg inom laserteknologi [64] .

Lasrar

En laser är en enhet som avger ljus, en sorts elektromagnetisk strålning, genom en process som kallas stimulerad emission . Termen " laser" är en förkortning av engelska engelska.  Ljusförstärkning genom stimulerad strålningsemission [ 65 ] . Laserljus är typiskt spatialt koherent , vilket betyder att ljuset antingen sänds ut i en smal stråle med låg divergens , eller kan strålkonverteras genom att använda optiska komponenter som linser. Eftersom mikrovågsekvivalenten till en laser, masern, utvecklades först, kallas enheter som sänder ut mikrovågs- ​​och radiofrekvenser vanligtvis för masers .

Den första fungerande lasern demonstrerades den 16 maj 1960 av Theodor Maiman vid Hughes Research Laboratories [67] . När de först uppfanns kallades de "lösning som letar efter ett problem" [68] . Sedan dess har lasrar blivit en mångmiljardindustri med tusentals applikationer i en mängd olika applikationer. Den första tillämpningen av lasrar som var synliga i den allmänna befolkningens vardag var streckkodsläsaren för snabbköpet , som introducerades 1974. Laserdisc-spelaren , som introducerades 1978, var den första framgångsrika konsumentprodukten som inkluderade en laser, men CD-spelaren var den första laserutrustade enheten som blev verkligt vanlig i konsumenthem med början 1982 [69] . Dessa optiska lagringsenheter använder en halvledarlaser som är mindre än en millimeter bred för att skanna skivans yta för att läsa data. Fiberoptisk kommunikation bygger på användning av lasrar för att överföra stora mängder information med en hastighet som är jämförbar med ljusets hastighet. Andra vanliga användningsområden för laser inkluderar laserskrivare och laserpekare . Lasrar används inom medicin inom områden som blodlös kirurgi , ögonlaserkirurgi , mikrodissektion med laser , och i militära tillämpningar som missilförsvarssystem , elektrooptiska motåtgärder (EOCM) och lidarer . Lasrar används också i hologram , lasergrafik , laserljusshower och laserhårborttagning [70] .

Kapitza-Dirac-effekt

Kapitza -Dirac- effekten gör att partikelstrålar diffrakterar som ett resultat av att de möter en stående våg av ljus. Ljusstrålar kan användas för att positionera partiklar av materia genom olika fenomen (se optisk pincett ).

Applikationer

Optik är en del av vardagen. De visuella systemens allestädes närvarande i biologin pekar på optikens centrala roll som vetenskapen om ett av de fem sinnena . Många människor drar nytta av glasögon eller kontaktlinser , och optik är en integrerad del av funktionen hos många konsumentprodukter, inklusive kameror . Regnbågar och hägringar är exempel på optiska fenomen. Optisk kommunikation utgör grunden för både Internet och modern telefoni .

Det mänskliga ögat

Det mänskliga ögat fokuserar ljuset på ett lager av fotoreceptorceller som kallas näthinnan, som bildar den inre ytan av ögats baksida. Fokusering görs av en serie transparenta material. Ljus som kommer in i ögat passerar först genom hornhinnan, vilket ger det mesta av ögats optiska kraft. Ljuset passerar sedan genom vätskan precis bakom hornhinnan, in i den främre kammaren och passerar sedan genom pupillen . Ljuset passerar sedan genom en lins , som ytterligare fokuserar ljuset och gör att fokus kan justeras. Ljuset passerar sedan genom huvuddelen av vätskan i ögat, glaskroppen  och når näthinnan. Näthinneceller täcker baksidan av ögat med undantag för utgången av synnerven; detta leder till att det finns en blind fläck .

Det finns två typer av fotoreceptorceller, stavar och kottar, som är känsliga för olika aspekter av ljus [71] . Stavceller är känsliga för ljusintensitet över ett brett spektrum av frekvenser och är därför ansvariga för svartvit syn . Stavceller finns inte i fovea, den region av näthinnan som ansvarar för central syn, och är inte lika känsliga som konceller för rumsliga och tidsmässiga förändringar i ljus. Det finns dock tjugo gånger fler stavceller i näthinnan än det finns kottar, eftersom stavcellerna är placerade över ett större område. På grund av vad är stavarna ansvariga för perifert syn [72] .

Däremot är kottar mindre känsliga för den totala ljusintensiteten, men det finns tre varianter som är känsliga för olika frekvensområden och därför används för färguppfattning och fotopisk syn . Konceller är mycket koncentrerade i fovea och är ansvariga för hög synskärpa, vilket innebär att de har bättre rumslig upplösning än stavar. Eftersom koner inte är lika känsliga för svagt ljus som stavar, är stavarna ansvariga för det mesta mörkerseende . På samma sätt, eftersom koncellerna är i fovea, utförs central syn (inklusive synen som behövs för att läsa, arbeta med små detaljer som att sy, eller noggrant undersöka föremål) av konerna [72] .

Ciliarmusklerna runt linsen gör att du kan justera ögats fokus. Denna process är känd som boende . Närpunkten och fjärrpunkten bestämmer det närmaste och avlägsna avståndet från ögonen där objektet kan ses i fokus. För en person med normal syn är den bortre punkten vid oändligheten (horisonten). Placeringen av den närmaste punkten beror på hur mycket musklerna kan öka linsens krökning, och hur oflexibel linsen har blivit med åldern. Optiker , ögonläkare och optiker anser generellt att den lämpliga stängningspunkten är närmare än det normala läsavståndet på cirka 25 cm [71] .

Synfel kan förklaras med optiska principer. När vi åldras blir linsen mindre flexibel och närpunkten flyttas bort från ögat, ett tillstånd som kallas presbyopi . Likaså kan personer som lider av långsynthet inte minska brännvidden på sina linser till den punkt där närliggande föremål visas på deras näthinna. Omvänt lider personer som inte kan öka brännvidden på sina linser i en sådan utsträckning att avlägsna föremål visas på näthinnan av närsynthet och har en långt punkt som är mycket närmare än oändligheten (horisonten). Tillståndet, känt som astigmatism , uppstår när hornhinnan inte är sfärisk utan kröker mer åt ena hållet. Detta gör att horisontellt långsträckta objekt fokuserar på andra delar av näthinnan än de delar som bilden av vertikalt långsträckta objekt fokuseras på, vilket resulterar i bildförvrängning [71] .

Alla dessa tillstånd kan korrigeras med korrigerande linser . Vid ålderssynthet och långsynthet ger den konvergerande linsen den extra krökning som behövs för att föra närpunkten närmare ögat, medan vid närsynthet ger den divergerande linsen den krökning som behövs för att skicka den bortre punkten till oändligheten. Astigmatism korrigeras med en cylindrisk lins som kröker mer åt ena hållet än i den andra för att kompensera för ojämnheter i hornhinnan [73] .

Den optiska styrkan hos korrigerande linser mäts i dioptrier , det vill säga den reciproka brännvidden mätt i meter; med en positiv brännvidd som motsvarar en konvergerande lins och en negativ brännvidd som motsvarar en divergerande lins. För linser som också korrigerar för astigmatism ges tre siffror: en för sfärisk kraft, en för cylindrisk kraft och en för orienteringsvinkeln för astigmatismen [73] .

Visuell effekt

Optiska illusioner (även kallade visuella illusioner) kännetecknas av visuellt uppfattade bilder som skiljer sig från objektiv verklighet. Informationen som samlas in av ögat bearbetas i hjärnan och uppfattas som annorlunda än det visade föremålet. Optiska illusioner kan vara resultatet av en mängd olika fenomen, inklusive fysiska effekter som skapar bilder som skiljer sig från objekten som skapar dem, de fysiologiska effekterna av överstimulering på ögonen och hjärnan (t.ex. ljusstyrka, lutning, färg, rörelse) och kognitiva effekter. illusioner där ögat och hjärnan drar omedvetna slutsatser [74] .

Kognitiva illusioner är resultatet av den omedvetna felaktiga tillämpningen av vissa optiska principer. Till exempel förlitar sig Ames-rummet , Herings , Müller-Lyers , Orbisons , Ponzos , Sanders och Wundts illusioner på antagandet att avstånd uppträder med konvergerande och divergerande linjer, precis som parallella ljusstrålar (eller även vilken uppsättning parallella linjer som helst) verkar konvergera till en försvinnande punkt i oändligheten i 2D-bilder med konstnärligt perspektiv [75] . Detta antagande är också ansvarigt för den berömda månillusionen , när månen, trots att den har nästan samma vinkelstorlek, verkar mycket större nära horisonten än vid zenit [76] . Denna illusion förvirrade Ptolemaios så att han felaktigt tillskrev den atmosfärisk refraktion när han beskrev det i sin avhandling Optik [8] .

En annan typ av optisk illusion använder defekta mönster för att lura sinnet att uppfatta symmetrier eller asymmetrier som inte finns där. Exempel inkluderar kaféväggen , Zöllner- , Ehrenstein- , Fraser- och Poggendorff- illusionerna . Liknande, men inte strikt illusioner, är de regelbundenheter som uppstår från överlagringen av periodiska strukturer. Till exempel skapar skira tyger med en gallerstruktur former som kallas moirémönster , medan överlagring av periodiska skira mönster som innehåller parallella ogenomskinliga linjer eller kurvor resulterar i linjära moirémönster [ 77] .

Optiska instrument

Enstaka linser har många användningsområden, inklusive fotografiska linser , korrigerande linser och förstoringsglas, medan enstaka speglar används i paraboliska reflektorer och backspeglar . Genom att kombinera flera speglar, prismor och linser produceras kompositoptiska instrument som har praktiska tillämpningar. Till exempel är ett periskop  helt enkelt två platta speglar som är inriktade så att du kan se din omgivning bakom ett hinder. De mest kända kompositoptiska instrumenten inom vetenskapen är mikroskopet och teleskopet, som uppfanns av holländarna i slutet av 1500-talet [78] .

Mikroskop designades först med två linser: en objektivlins och ett okular . Objektivlinsen är i huvudsak ett förstoringsglas och hade en mycket kort brännvidd, medan ett okular vanligtvis har en längre brännvidd. Detta resulterar i förstorade bilder av närliggande föremål. Vanligtvis används en extra ljuskälla, eftersom förstorade bilder är svagare på grund av energibesparing och spridningen av ljusstrålar över en större yta. Moderna mikroskop, kända som sammansatta mikroskop, har fler linser (vanligtvis fyra) för att optimera funktionalitet och förbättra bildstabiliteten [78] . Ett lite annorlunda mikroskop, jämförelsemikroskopet , undersöker närliggande bilder för att skapa en stereoskopisk kikarebild som verkar tredimensionell när den används av människor [79] .

De första teleskopen, kallade refraktiva teleskop, designades också med ett enda objektiv och en okularlins. Till skillnad från ett mikroskop har objektivet i ett teleskop en lång brännvidd för att undvika optiska aberrationer. Objektivet fokuserar bilden av ett avlägset objekt vid dess brännpunkt, som justeras för att vara i fokus för ett okular med mycket kortare brännvidd. Huvudsyftet med ett teleskop är inte nödvändigtvis att förstora, utan snarare att samla in ljus, vilket bestäms av den fysiska storleken på objektivlinsen. Således hänvisas teleskop vanligtvis till genom diametern på sina objektiv, inte av förstoringen, som kan ändras genom att byta okular. Eftersom förstoringen av ett teleskop är lika med objektivets brännvidd dividerat med okularets brännvidd, kommer okular med kortare brännvidder att orsaka större förstoring [78] .

Eftersom att göra stora linser är mycket svårare än att göra stora speglar, är de flesta moderna teleskop reflekterande teleskop (reflektorer) , det vill säga teleskop som använder en primär spegel snarare än en objektivlins. Samma allmänna geometriska optiska överväganden gäller för reflekterande teleskop som har använts på refraktiva teleskop, nämligen att ju större huvudspegeln är, desto mer ljus samlas in och förstoringen är fortfarande lika med huvudspegelns brännvidd dividerat med brännvidden. längden på okularet. Professionella teleskop har vanligtvis inga okular, och istället placeras ett instrument (ofta en CCD ) i brännpunkten [78] .

Fotografering

Fotografins optik inkluderar både linser och det medium i vilket synlig strålning registreras, oavsett om det är en platta , en film eller en laddningskopplad enhet. Fotografer måste ta hänsyn till kamerans och bildens ömsesidighet , vilket uttrycks av förhållandet

Exponering ∝ Bländarområde × Exponeringstid × Scenljusstyrka [80]

Med andra ord, ju mindre bländare (vilket ger större fokusdjup), desto mindre ljus kommer in, så tidslängden måste ökas (vilket leder till eventuell rörelseoskärpa). Ett exempel på användningen av ömsesidighetslagen är F/16-regeln , som ger en grov uppskattning av de inställningar som behövs för att uppskatta korrekt exponering i dagsljus [81] .

En kameras bländare mäts med ett dimensionslöst tal som kallas f -talet (relativ bländare), ofta betecknat som , och ges av

var  är brännvidden och  är bländardiametern. Enligt konvention behandlas "f/#" som ett enda tecken, och specifika f/#-värden skrivs genom att ersätta pundtecknet med motsvarande värde. Ökning av bländaren kan uppnås genom att minska diametern på ingångspupillen eller öka brännvidden (vid ett zoomobjektiv kan detta enkelt göras genom att justera objektivet). Högre f-nummer har också större skärpedjup på grund av att objektivet närmar sig gränsen för pinhole-kameran, som kan perfekt fokusera alla bilder oavsett avstånd, men kräver mycket långa exponeringstider [82] .

Synfältet som objektivet kommer att ge varierar beroende på objektivets brännvidd. Det finns tre huvudklassificeringar baserade på förhållandet mellan filmdiagonalstorlek eller kamerasensorstorlek och objektivets brännvidd [83] .

  • Normallins : En synvinkel på cirka 50° (kallad normal eftersom denna vinkel anses vara ungefär lika med mänsklig syn [83] ) och brännvidden är ungefär diagonalen för filmen eller sensorn [84] .
  • Vidvinkelobjektiv : En synvinkel på mer än 60° och en kortare brännvidd än ett konventionellt objektiv [85] .
  • Teleobjektiv : Synvinkeln är snävare än för ett konventionellt objektiv. Detta är vilken lins som helst med en brännvidd som är längre än diagonalen på filmen eller sensorn [86] . Den vanligaste typen av teleobjektiv är teleobjektiv som använder en speciell teleobjektivgrupp som är fysiskt kortare än dess brännvidd [87] .

Moderna zoomobjektiv kan ha några eller alla av dessa egenskaper.

Det absoluta värdet av den erforderliga exponeringstiden beror på hur ljuskänsligt mediet som används är (mätt med filmens ljuskänslighet eller, för digitala medier, detektorns kvantverkningsgrad ) [88] . Tidig fotografering använde material med mycket låg ljuskänslighet, så exponeringstiderna måste vara långa även för mycket ljusa bilder. I takt med att tekniken förbättrades, ökade även känsligheten hos filmer och digitalkameror [89] .

Andra resultat av våg- och geometrisk optik är tillämpliga på kameraoptik. Till exempel bestäms den maximala upplösningen för en viss kamerauppsättning av diffraktionsgränsen förknippad med bländarstorleken och, grovt sett, Rayleigh-kriteriet [90] .

Atmosfärisk optik

Atmosfärens unika optiska egenskaper ger upphov till en lång rad imponerande optiska fenomen. Den blå färgen på himlen är ett direkt resultat av Rayleigh-spridning, som omdirigerar högre frekvens solljus (blått) tillbaka till observatörens synfält. Eftersom blått ljus sprids lättare än rött ljus, antar solen en rödaktig nyans när den ses genom en tät atmosfär, till exempel under soluppgången eller solnedgången . Ytterligare partiklar i atmosfären kan sprida olika färger i olika vinklar, vilket skapar färgglada glödande himmel vid skymning och gryning. Spridning av iskristaller och andra partiklar i atmosfären är orsaken till halos , efterglöd , koronas , solljusstrålar och parhelion . Skillnader i fenomen av detta slag beror på olika partikelstorlekar och geometrier [91] .

Hägringar är optiska fenomen där ljusstrålar böjs på grund av temperaturförändringar i luftens brytningsindex, vilket skapar förskjutna eller mycket förvrängda bilder av avlägsna föremål. Andra dramatiska optiska fenomen förknippade med detta inkluderar New Earth-effekten, där solen tycks gå upp tidigare än förutspått med en förvrängd form. Den spektakulära formen på grund av brytning uppstår i en temperaturinversion som kallas Fata Morgana , när föremål vid horisonten eller till och med bortom horisonten, såsom öar, klippor, skepp eller isberg, verkar långsträckta och upphöjda, som "älvslott" [92] .

En regnbåge är resultatet av en kombination av inre reflektion och spritt brytt ljus i regndroppar. En enda reflektion från baksidan av många regndroppar skapar en regnbåge på himlen med en vinkelstorlek på 40° till 42° med rött på utsidan. En dubbel regnbåge skapas av två inre reflektioner som sträcker sig från 50,5° till 54° med lila på utsidan. Eftersom en regnbåge är synlig när solen är 180° från mitten av regnbågen, är regnbågen mer synlig ju närmare solen är horisonten [60] .

Se även

Anteckningar

 

  1. ↑ McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology. — 5:a. – McGraw-Hill, 1993.
  2. ↑ Världens äldsta teleskop? , BBC News  (1 juli 1999). Arkiverad från originalet den 1 februari 2009. Hämtad 3 januari 2010.
  3. ↑ T.F. Head. The Concise Oxford Dictionary of English Etymology . - 1996. - ISBN 978-0-19-283098-2 .
  4. ↑ A History Of The Eye Arkiverad från originalet den 20 januari 2012. . stanford.edu. Hämtad 2012-06-10.
  5. ↑ TL Heath. En handbok för grekisk matematik. — Courier Dover Publications, 2003. — S. 181–182. — ISBN 978-0-486-43231-1 .
  6. ↑ William R. Uttal. Visuell formdetektion i 3-dimensionellt utrymme. - Psychology Press, 1983. - S. 25–. — ISBN 978-0-89859-289-4 .
  7. ↑ Euklid. Den arabiska versionen av Euklids optik = Kitāb Uqlīdis fī ikhtilāf al-manāẓir . - New York: Springer, 1999. - ISBN 978-0-387-98523-7 .
  8. ↑ 12 Ptolemaios . Ptolemaios teori om visuell perception: en engelsk översättning av optiken med introduktion och kommentarer. - DIANE Publishing, 1996. - ISBN 978-0-87169-862-9 .
  9. ↑ Verma, R. L. (1969), Al-Hazen: modern optiks fader , Al-Arabi vol 8: 12–3, PMID 11634474 
  10. ↑ Adamson, Peter (2006). "Al-Kindi¯ och mottagandet av grekisk filosofi". I Adamson, Peter; Taylor, R. Cambridge-följeslagaren till arabisk filosofi. Cambridge University Press. sid. 45. ISBN 978-0-521-52069-0 .
  11. ↑ 1 2 Rashed, Roshdi (1990). "En pionjär inom anaklastik: Ibn Sahl om brinnande speglar och linser". Isis . 81 (3): 464-491. DOI : 10.1086/355456 .
  12. ↑ The Enterprise of Science in Islam: New Perspectives . — MIT Press, 2003. —  S. 85–118 . - ISBN 978-0-262-19482-2 .
  13. ↑ G. Hatfield. Tradition, Transmission, Transformation: Proceedings of Two Conferences on Pre-modern Science hölls vid University of Oklahoma  / FJ Ragep; P. Sally; SJ Livesey. - Brill Publishers, 1996. - S. 500. - ISBN 978-90-04-10119-7 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  14. ↑ Nader El-Bizri (2005). "Ett filosofiskt perspektiv på Alhazens optik" . Arabiska vetenskaper och filosofi . 15 (2): 189-218. DOI : 10.1017/S0957423905000172 .
  15. ↑ Nader El-Bizri (2007). "Till försvar av filosofins suveränitet: al-Baghdadis kritik av Ibn al-Haythams geometrisering av plats" . Arabiska vetenskaper och filosofi . 17 :57-80. DOI : 10.1017/S0957423907000367 .
  16. ↑ G. Simon (2006). "Bliken i Ibn al-Haytham". Medieval History Journal . 9 :89-98. DOI : 10.1177/097194580500900105 .
  17. ↑ Ian P. Howard. Binocular Vision and Stereopsis  / Ian P. Howard, Brian J. Rogers. - Oxford University Press, 1995. - P. 7. - ISBN 978-0-19-508476-4 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  18. ↑ Elena Agazzi. Att representera ljus över konst och vetenskap: teorier och praktiker  / Elena Agazzi, Enrico Giannetto, Franco Giudice. - V&R unipress GmbH, 2010. - P. 42. - ISBN 978-3-89971-735-8 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  19. ↑ DC Lindberg, Theories of Vision från al-Kindi till Kepler , (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), s. 94-99.
  20. ↑ Vincent, Ilardi. Renässansvision från glasögon till teleskop . — Philadelphia, PA: American Philosophical Society, 2007. — S.  4–5 . — ISBN 978-0-87169-259-7 .
  21. ↑ Henry C. King. Teleskopets historia. - Courier Dover Publications, 2003. - ISBN 978-0-486-43265-6 .
  22. ↑ Paul S. Agutter. Att tänka på livet: Biologins och andra vetenskapers historia och filosofi. - Springer, 2008. - ISBN 978-1-4020-8865-0 .
  23. ↑ Ilardi, Vincent. Renässansvision från glasögon till teleskop . - American Philosophical Society, 2007. - ISBN 978-0-87169-259-7 .
  24. ↑ Watson, Fred. Stargazer: The Life and Times of the Telescope. - Allen & Unwin, 2007. - ISBN 978-1-74175-383-7 .
  25. ↑ Ilardi, Vincent. Renässansvision från glasögon till teleskop . - American Philosophical Society, 2007. - S.  244 . — ISBN 978-0-87169-259-7 .
  26. ↑ Caspar, Kepler , s. 198-202 Arkiverad {{{2}}}. , Courier Dover Publications, 1993, ISBN 0-486-67605-6 .
  27. ↑ A.I. Sabra. Teorier om ljus, från Descartes till Newton. - CUP Arkiv, 1981. - ISBN 978-0-521-28436-3 .
  28. ↑ WF Magie. En källbok i fysik . — Harvard University Press, 1935.
  29. ↑ J. C. Maxwell (1865). "En dynamisk teori om det elektromagnetiska fältet". Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 155 : 459-512. Bibcode : 1865RSPT..155..459C . DOI : 10.1098/rstl.1865.0008 .
  30. ↑ För ett solidt förhållningssätt till komplexiteten i Plancks intellektuella motiv för kvantumet, för hans motvilliga acceptans av dess implikationer, se H. Kragh, Max Planck: den motvillige revolutionären Arkiverad 1 april 2012 på Wayback Machine , Physics World . december 2000.
  31. ↑ Einstein, A. Om en heuristisk synpunkt angående produktion och omvandling av ljus // Den gamla kvantteorin . - Pergamon, 1967. -  S. 91-107 . Kapitlet är en engelsk översättning av Einsteins artikel från 1905 om den fotoelektriska effekten.
  32. ↑ Einstein, A. (1905). "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt". Annalen der Physik [ tyska ] ]. 322 (6): 132-148. Bibcode : 1905AnP...322..132E . DOI : 10.1002/andp.19053220607 .
  33. ^ "Om konstitutionen av atomer och molekyler" . Filosofisk tidskrift . 26, serie 6: 1-25. 1913. Arkiverad från originalet 2007-07-04 . Hämtad 2021-06-30 . Utfasad parameter används |deadlink=( hjälp ). Landmärkepapperet som lägger Bohr-modellen av atomen och molekylär bindning .
  34. ↑ R. Feynman. Kapitel 1 // QED: The Strange Theory of Light and Matter. - Princeton University Press, 1985. - ISBN 978-0-691-08388-9 .
  35. ↑ N. Taylor. LASER: Uppfinnaren, Nobelpristagaren och det trettioåriga patentkriget. - Simon & Schuster, 2000. - ISBN 978-0-684-83515-0 .
  36. ↑ Används i geometrisk optik approximation
  37. ↑ Ariel Lipson. Optisk fysik  / Ariel Lipson, Stephen G. Lipson, Henry Lipson. - Cambridge University Press, 28 oktober 2010. - S. 48. - ISBN 978-0-521-49345-1 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  38. ↑ Arthur Schuster. En introduktion till teorin om optik . - E. Arnold, 1904. - S.  41 .
  39. ↑ JE Greivenkamp. Fältguide till geometrisk optik. SPIE Field Guides vol. FG01 . - SPIE, 2004. - S. 19–20. - ISBN 978-0-8194-5294-8 .
  40. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ung. Universitetsfysik: utökad version med modern fysik . - 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. Optik . — 2:a. - Addison Wesley, 1987. - ISBN 978-0-201-11609-0 . kapitel 5 och 6.
  43. ↑ M.V. Klein & T.E. Furtak, 1986, Optics, John Wiley & Sons, New York ISBN 0-471-87297-0 .
  44. ↑ M. Born och E. Wolf (1999). Principen för optik . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-64222-1 .
  45. ↑ J. Goodman. Introduktion till Fourieroptik . — 3:a. - Roberts & Co Publishers, 2005. - ISBN 978-0-9747077-2-3 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  46. ↑ A.E. Siegman. lasrar . - University Science Books, 1986. - ISBN 978-0-935702-11-8 . kapitel 16.
  47. ↑ 1 2 3 H.D. Ung. Universitetsfysik 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitel 37
  48. ↑ 1 2 P. Hariharan. Optisk interferometri . - Academic Press, 2003. - ISBN 978-0-12-325220-3 . Arkiverad 6 april 2008 på Wayback Machine
  49. ↑ ER Hoover. Cradle of Greatness: National and World Achievements of Ohio's Western Reserve. — Shaker Savings Association, 1977.
  50. ↑ R. Hook. Mikrografi: eller, Några fysiologiska beskrivningar av små kroppar gjorda av förstoringsglas . - J. Martyn och J. Allestry, 1665. - ISBN 978-0-486-49564-4 .
  51. ↑ H. W. Turnbull (1940–1941). "Tidiga skotska relationer med Royal Society: I. James Gregory, FRS (1638–1675)". Anteckningar och uppteckningar från Royal Society of London . 3 :22-38. DOI : 10.1098/rsnr.1940.0003 .
  52. ↑ T. Rothman . Allt är relativt och andra fabler inom vetenskap och teknik . - Wiley, 2003. - ISBN 978-0-471-20257-8 .
  53. ↑ 1 2 3 4 H.D. Ung. Universitetsfysik 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitel 38
  54. ↑ RS Longhurst. Geometrisk och fysisk optik, 2:a upplagan. — Longmans, 1968.
  55. ↑ C. F. Bohren. Absorption och spridning av ljus av små partiklar / CF Bohren, DR Huffman. - Wiley, 1983. - ISBN 978-0-471-29340-8 .
  56. ↑ JD Jackson. Klassisk elektrodynamik . — 2:a. - Wiley, 1975. - S.  286 . - ISBN 978-0-471-43132-9 .
  57. ↑ 1 2 R. Ramaswami. Optiska nätverk: A Practical Perspective  / R. Ramaswami, KN Sivarajan. - London: Academic Press, 1998. - ISBN 978-0-12-374092-2 . Arkiverad 10 maj 2021 på Wayback Machine
  58. ↑ Brillouin, Leon. Vågutbredning och grupphastighet . Academic Press Inc., New York (1960)
  59. ↑ M. Född . Principen för optik  / M. Born, E. Wolf. - Cambridge: Cambridge University Press, 1999. - S.  14-24 . - ISBN 978-0-521-64222-4 .
  60. ↑ 1 2 3 4 5 H.D. Ung. Universitetsfysik 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitel 34
  61. ↑ FJ Duarte. Avstämbar laseroptik . - CRC, 2015. - ISBN 978-1-4822-4529-5 . Arkiverad 2 april 2015 på Wayback Machine
  62. ↑ D.F. Walls och G.J. Milburn Quantum Optics (Springer 1994)
  63. ↑ Alastair D. McAulay. Optiska datorarkitekturer: tillämpningen av optiska koncept på nästa generations datorer . - Wiley, 16 januari 1991. - ISBN 978-0-471-63242-9 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  64. ↑ YR Shen. Principerna för olinjär optik. - New York, Wiley-Interscience, 1984. - ISBN 978-0-471-88998-4 .
  65. ↑ laser . referens.com. Hämtad 15 maj 2008. Arkiverad från originalet 31 mars 2008.
  66. ↑ VLT:s konstgjorda stjärna , ESO Veckans bild . Arkiverad från originalet den 3 juli 2014. Hämtad 25 juni 2014.
  67. ↑ CH Townes. Den första lasern . University of Chicago. Hämtad 15 maj 2008. Arkiverad från originalet 17 maj 2008.
  68. ↑ CH Townes . Den första lasern // A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World  / Laura Garwin ; Tim Lincoln. — University of Chicago Press, 2003. —  S. 107–112 . - ISBN 978-0-226-28413-2 .
  69. ↑ Hur CD:n utvecklades , BBC News  (17 augusti 2007). Arkiverad från originalet den 7 januari 2012. Hämtad 17 augusti 2007.
  70. ↑ J. Wilson. Lasers: Principles and Applications, 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. Optik av det mänskliga ögat / D. Atchison, G. Smith. - Elsevier, 2000. - ISBN 978-0-7506-3775-6 .
  72. ↑ 12 E.R. _ Kandel. Principer för neurovetenskap  / ER Kandel, JH Schwartz. - McGraw-Hill, 2000. - ISBN 978-0-8385-7701-1 .
  73. ↑ 1 2 D. Meister. Oftalmisk linsdesign . OptiCampus.com. Hämtad 12 november 2008. Arkiverad från originalet 27 december 2008.
  74. ↑ J. Bryner. Nyckeln till alla upptäckta optiska illusioner . LiveScience.com (2 juni 2008). Arkiverad från originalet den 5 september 2008.
  75. ↑ Geometry of the Vanishing Point Arkiverad 22 juni 2008. vid Convergence Arkiverad från originalet den 13 juli 2007.
  76. ↑ "The Moon Illusion Explained" Arkiverad 4 december 2015. , Don McCready, University of Wisconsin-Whitewater
  77. ↑ A. K. Jain. Energiminimeringsmetoder i datorseende och mönsterigenkänning. - ISBN 978-3-540-42523-6 .
  78. ↑ 1 2 3 4 H.D. Ung. 36 // Universitetsfysik 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 .
  79. ↑ P.E. Nothnagle. Introduktion till Stereomikroskopi . Nikon mikroskopiU. Arkiverad från originalet den 16 september 2011.
  80. ↑ Samuel Edward Sheppard. Undersökningar om teorin om den fotografiska processen  / Samuel Edward Sheppard, Charles Edward Kenneth Mees. - Longmans, Green och Co., 1907. - S.  214 .
  81. ↑ BJ Suess. Bemästra svart-vit fotografering . - Allworth Communications, 2003. - ISBN 978-1-58115-306-4 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  82. ↑ MJ Langford. Grundläggande fotografering . - Focal Press, 2000. - ISBN 978-0-240-51592-2 .
  83. ↑ 12 Warren , Bruce. fotografering . - Cengage Learning, 2001. - P. 71. - ISBN 978-0-7668-1777-7 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  84. ↑ Leslie D. Stroebel. Se kamerateknik . - Focal Press, 1999. - ISBN 978-0-240-80345-6 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  85. ↑ S. Simmons. Använda kameran . - Amphoto Books, 1992. - S.  35 . — ISBN 978-0-8174-6353-3 .
  86. ↑ Sidney F. Ray. Tillämpad fotografisk optik: linser och optiska system för fotografi, film, video, elektronisk och digital bildbehandling . - Focal Press, 2002. - S. 294. - ISBN 978-0-240-51540-3 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  87. ↑ New York Times Staff. New York Times guide till viktig kunskap . - Macmillan, 2004. - ISBN 978-0-312-31367-8 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  88. ↑ R.R. Carlton. Principer för radiografisk avbildning: en konst och en vetenskap . - Thomson Delmar Learning, 2000. - ISBN 978-0-7668-1300-7 . Arkiverad 9 juli 2021 på Wayback Machine
  89. ↑ W. Crawford. The Keepers of Light: A History and Working Guide to Early Photographic Processes . - Morgan & Morgan, 1979. - ISBN 978-0-87100-158-0 .
  90. ↑ JM Cowley. Diffraktionsfysik. - Amsterdam : North-Holland, 1975. - ISBN 978-0-444-10791-6 .
  91. ↑ CD Ahrens. Meteorologi idag: en introduktion till väder, klimat och miljö . - West Publishing Company, 1994. - ISBN 978-0-314-02779-5 .
  92. ↑ A. Young. En introduktion till hägringar . Arkiverad från originalet den 10 januari 2010.

Läroböcker och studiehandledningar

Samhälle

Litteratur

  • B. M. Yavorsky och A. A. Detlaf Handbook of Physics. — M .: Nauka , 1971.
  • Akhmanov S. A. , Nikitin S. Yu. Fysisk optik. - M. : MGU , 2004. - ISBN 5-211-04858-X  - 656 sid.
  • Volosov D.S. Fotografisk optik. Teori, grunder i design, optiska egenskaper. - M . : Art , 1978. - 543 sid.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
 Delar av optik
Relaterade vägbeskrivningar