Fysieke optiekgeschiedenis, frequente voorwaarden, wetten, applicaties

De Fysieke optiek Het is het deel van de optica dat de golvende aard van licht en fysische fenomenen bestudeert die alleen worden begrepen uit het golvende model. Het bestudeert ook de fenomenen van interferentie, polarisatie, diffractie en andere fenomenen die niet kunnen worden verklaard vanuit het geometrische perspectief.

Het golvende model definieert licht als een elektromagnetische golf waarvan de elektrische en magnetische velden loodrecht op elkaar variëren.

Electromagnetic Wave [door Lennart kudling raphaël deknop (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: electromagnetic_wave_color.Pdf)]

Het elektrische veld (EN) Lichtgolf gedraagt ​​zich op dezelfde manier als hun magnetische veld (B), maar het elektrische veld op het magnetisch overheerst door de relatie van Maxwell (1831-1879) die het volgende vestigt:

EN= CB

Waar C = Golfvoortplantingssnelheid.

Fysieke optica verklaart niet het spectrum van absorptie en emissie van atomen. Aan de andere kant, kwantumoptica als u de studie van deze fysieke fenomenen aanpakt.

[TOC]

Geschiedenis

De geschiedenis van fysieke optica begint met de experimenten uitgevoerd door Grimaldi (1613-1663), die opmerkte dat de schaduw die werd geprojecteerd door een verlicht object breder was en werd omgeven door gekleurde strepen.

Het waargenomen fenomeen noemde hem diffractie. Zijn experimentele werk bracht hem ertoe de golvende aard van het licht te verhogen, in tegenstelling tot de opvatting van Isaac Newton dat zich overheerste in de 18e eeuw.

Het Newtoniaanse paradigma stelde vast dat het licht zich gedroeg als een straal van kleine lijkschouwers die met hoge snelheid in rechte trajecten bewogen.

Robert Hooke (1635-1703) verdedigde de golvende aard van het licht, in zijn studies over kleur en breking, waarin stond dat het licht zich gedroeg als een geluidsgolf die zich snel bijna onmiddellijk door een materiaalmedium voortplant.

Later Huygens (1629-1695), gebaseerd op de ideeën van Hooke, consolideerde de golvende lichttheorie in zijn I eigenschap de la lumière (1690) waarin de lichtgolven die door de lichtgevende lichamen worden uitgezonden, worden gepropageerd door een subtiel en elastisch medium dat wordt genoemd ether.

De golvende theorie van Huygens verklaart de fenomenen van reflectie, breking en diffractie veel beter dan de corpusculaire theorie van Newton, en toont aan dat de snelheid van het licht afneemt door van een minder dichte naar nog een dichte medium te gaan.

De ideeën van Huygens werden om twee redenen niet door wetenschappers van die tijd geaccepteerd. De eerste was de onmogelijkheid om de definitie van tevredenheid uit te leggen ether, En de tweede was het prestige van Newton rond zijn theorie over mechanica die een grote meerderheid van wetenschappers beïnvloedde om te besluiten het corpusculaire paradigma van licht te ondersteunen.

Renaissance van golvende theorie

Aan het begin van de 19e eeuw laat Tomas Young (1773-1829) de wetenschappelijke gemeenschap het ontdidingsmodel van Huygens accepteren uit de resultaten van het lichte interferentie-experiment. Het experiment liet het toe om de golflengten van de verschillende kleuren te bepalen.

In 1818 heroverweeg Fresnell (1788-1827) de golvende theorie van Huygens op basis van het interferentieprincipe. Hij legde ook het fenomeen uit van Birrefringencia de la Luz, waardoor hij kon bevestigen dat licht een dwarse golf is.

In 1808 legden Arago (1788-1853) en Malus (1775-1812) het fenomeen polarisatie van licht uit het golvende model uit.

De experimentele resultaten van Fizeau (1819-1896) in 1849 en Foucalt (1819-1868) mochten in 1862 verifiëren dat het licht zich sneller in de lucht verspreidt dan in het water, in tegenspraak met de verklaring gegeven door Newton.

Kan u van dienst zijn: wat is relatieve en absolute ruwheid?

In 1872 publiceert Maxwell de zijne Verdrag over elektriciteit en magnetisme, waarin het de vergelijkingen uitmaakt die elektromagnetisme synthetiseren. Uit zijn vergelijkingen verkreeg hij de golfvergelijking die het gedrag van een elektromagnetische golf kon analyseren.

Maxwell ontdekte dat de voortplantingssnelheid van een elektromagnetische golf gerelateerd is aan het voortplantingsmedium en valt samen met de snelheid van het licht, en concludeert dat licht een elektromagnetische golf is.

Ten slotte slaagt Hertz (1857-1894) in 1888 erin om elektromagnetische golven te produceren en te detecteren en bevestigen dat licht een elektromagnetisch golftype is.

Welke studies fysieke optica?

Fysieke optiekstudies Fenomenen gerelateerd aan de golvende aard van het licht, zoals interferentie, diffractie en polarisatie.

Interferentie

Interferentie is het fenomeen waardoor twee of meer lichte golven elkaar overlappen, naast elkaar bestaan ​​in hetzelfde gebied van de ruimte, waardoor heldere en donkere lichtbanden worden gevormd.

De heldere banden treden op wanneer verschillende golven worden toegevoegd om een ​​hogere golf te produceren. Dit type interferentie wordt constructieve interferentie genoemd.

Wanneer de golven overlappen om een ​​lagere breedtegolf te produceren, wordt de interferentie destructieve interferentie genoemd en worden banden van donker licht geproduceerd.

Interferentie [door inductiveload (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: constructive_interferentie.Svg)]

De manier waarop gekleurde banden worden verdeeld, wordt interferentiepatroon genoemd. De interferentie is te zien in de zeepbellen of in de olielagen van een natte weg.

Diffractie

Het fenomeen van diffractie is de verandering in de voortplantingsrichting die de lichtgolf ervaart door een obstakel te beïnvloeden of openen te openen die zijn amplitude en fase wijzigen.

Net als het interferentiefenomeen is diffractie het resultaat van de overlapping van coherente golven. Twee of meer lichtgolven zijn consistent wanneer ze met dezelfde frequentie variëren door een constante faseverhouding te handhaven.

Naarmate het obstakel toeneemt.

Polarisatie

Polarisatie is het fysische fenomeen waardoor de golf trilt in één richting loodrecht op het vlak dat het elektrische veld bevat. Als de golf geen vaste voortplantingsrichting heeft, wordt gezegd dat de golf niet is gepolariseerd. Er zijn drie soorten polarisatie: lineaire polarisatie, circulaire polarisatie en elliptische polarisatie.

Als de golf parallel aan een vaste lijn trilt die een rechte lijn in het polarisatievlak beschrijft, wordt gezegd dat deze lineair gepolariseerd is.

Wanneer het Wave Electric -veld een cirkel in het vlak loodrecht op dezelfde voortplantingsrichting beschrijft, waardoor de grootte constant blijft, wordt gezegd dat de golf circulair gepolariseerd is.

Als de Wave Electric Field -vector een ellips in het vlak loodrecht op dezelfde voortplantingsrichting beschrijft, wordt gezegd dat de golf elliptisch gepolariseerd is.

Frequente termen in fysieke optica

Polariserend

Het is een filter dat slechts een deel van het licht mogelijk maakt dat in een enkele specifieke richting is georiënteerd, gaat er doorheen zonder die golven te missen die in andere richtingen zijn georiënteerd.

Kan u van dienst zijn: gratis lichaamsdiagram

Golf front

Het is het geometrische oppervlak waarin alle delen van een golf dezelfde fase hebben.

Amplitude en golffase

De amplitude is de maximale verlenging van een golf. De fase van een golf is de staat van trillingen in een moment van tijd. Er zijn twee golven in fase wanneer ze dezelfde trillingsstatus hebben.

Brewster -hoek

Het is de invalshoek van licht waardoor de gereflecteerde lichtgolf volledig gepolariseerd is.

Infrarood

Licht niet zichtbaar door het menselijk oog in het 700 elektromagnetische stralingsspectrumnm 1000μm.

Lichtsnelheid

Het is een constante voortplantingssnelheid van de lichtgolf in de leegte waarvan de waarde 3 × 10 is⁸Mevr. Het licht van het licht van licht varieert bij het verspreiden in een materiaalmedium.

Golflengte

Maat voor de afstand tussen de ene top en een andere top of tussen de ene vallei en een andere golfvallei om zich te verspreiden.

Ultraviolet

Niet -zichtbare elektromagnetische straling met een golflengtespectrum minder dan 400nm.

Fysieke optiekwetten

Sommige wetten van fysieke optica die de fenomenen van polarisatie en interferentie beschrijven, worden hieronder genoemd

Fresnell en Arago Laws

1. Twee lichtgolven met lineaire, coherente en orthogonale polarisaties interfereren niet met elkaar om een ​​interferentiepatroon te vormen.
2. Twee lichtgolven met lineaire, coherente en parallelle polarisaties kunnen interfereren in een ruimte met ruimte.
3. Twee natuurlijke lichtgolven met lineaire, niet -coherente en orthogonale polarisaties interfereren niet met elkaar om een ​​interferentiepatroon te vormen.

Malus Law

De Malus -wet stelt vast dat de door een polarisator overgedragen lichtintensiteit recht evenredig is met het kwadraat van de cosinus van de hoek die de as van de transmissie van de polarisator en de polarisatieas van het lichtincident vormt. Met andere woorden:

I = i₀zomaar²θ

I =Itsity van licht overgedragen door de polarisator

θ = Hoek tussen de transmissieas en de polarisatieas van de invallende balk

Je₀ = Intensiteit voor incidenten

Malus Law [door Freshneesz (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: malus_law.Svg)]

Brewster Law

De lichtstraal die door een oppervlak wordt gereflecteerd, is volledig gepolariseerd, in de normale richting in het lichtvlak van licht, wanneer de hoek die de bundel vormt, gereflecteerd met de gebroken balk gelijk is aan 90 °.

Brewster Law [by Pajs (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: Brewsters-hoek.Svg)]

Toepassingen

Sommige van de fysieke optische toepassingen zijn in de studie van vloeibare kristallen, bij het ontwerpen van optische systemen en optische metrologie.

Vloeibare kristallen

Vloeibare kristallen zijn materialen tussen de vaste toestand en de vloeibare toestand, waarvan de moleculen een dipoolmoment hebben dat een polarisatie van het licht induceert dat hen beïnvloedt. Uit deze eigenschap zijn rekenmachines, monitoren, laptops en mobiele telefoons ontwikkeld.

Digitale klok met vloeibaar kristalscherm (LCD) [door bbclcd (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: casio_lcd_watch_f-e10.Jpg)]

Optisch systeemontwerp

Vaak worden optische systemen gebruikt in het dagelijks leven, in wetenschap, technologie en gezondheid. Optische systemen maken het mogelijk om informatie te verwerken, te registreren en te verzenden uit bronnen van zoals de zon, de LED, de wolfraamlamp of de laser. Voorbeelden van optische systemen zijn diffractometer en interferometer.

Optische metrologie

Het is verantwoordelijk voor het uitvoeren van metingen met hoge resolutie van fysieke parameters op basis van de lichtgolf. Deze metingen worden uitgevoerd met interferometers en brekingsinstrumenten. In het medische gebied wordt metrologie gebruikt om een ​​constante monitoring van de vitale tekenen van de patiënt uit te voeren.

Het kan u van dienst zijn: magnetisatie: orbitaal en spin magnetisch moment, voorbeelden

Recent onderzoek naar fysieke optica

Optomechanisch Kerker -effect (a. V. Poshakinskiy1 en een. N. Poddubny, 15 januari 2019)

Poshakinskiy en poddubny (1) toonden aan dat nanometrische deeltjes met vibrerende beweging een optisch-mechanisch effect kunnen manifesteren dat vergelijkbaar is met dat voorgesteld door Kerker et al (2) in 1983.

Het Kerker -effect is een optisch fenomeen dat bestaat uit het verkrijgen van een sterke directionaliteit van het licht verspreid door magnetische sferische deeltjes. Deze directionaliteit vereist dat de deeltjes magnetische reacties hebben van dezelfde intensiteit als de elektrische krachten.

Het Kerker -effect is een theoretisch voorstel dat materiële deeltjes vereist met magnetische en elektrische kenmerken die momenteel niet bestaan ​​in de Posthakinskiy en Poddubny -aard, hebben hetzelfde effect op nanometrische deeltjes bereikt, zonder significante magnetische respons, die trillen in de ruimte.

De auteurs toonden aan dat de trillingen van het deeltje magnetische en elektrische polarisaties kunnen creëren die goed interfereren, omdat het wordt geïnduceerd in het deeltje van magnetische en elektrische polariteitscomponenten van dezelfde volgorde van grootte wanneer de inelastische dispersie van licht wordt overwogen wordt overwogen.

De auteurs stellen de toepassing van het optisch-mechanische effect op nanometrische optische apparaten voor bij het trillen door de toepassing van akoestische golven.

Extracorporale optische communicatie (D. R. Dhatchayeny en y. H. Chung, mei 2019)

Dhatchayeny en Chung (3) stellen een experimenteel systeem voor van extracorporale optische communicatie (OEBC) dat informatie kan verzenden over vitale tekenen van mensen via applicaties op mobiele telefoons met Android -technologie. Het systeem bestaat uit een set sensoren en een diodesconcentrator (LED -opstelling).

De sensoren worden in verschillende delen van het lichaam geplaatst om vitale tekenen zoals puls, lichaamstemperatuur en ademhalingssnelheid te detecteren, te verwerken en te communiceren. De gegevens worden verzameld via de LED -opstelling en verzonden via de mobiele telefooncamera met de optische applicatie.

De LED -opstelling straalt licht uit in het bereik van spreidingsgolflengten Rayleight Gans Debye (RGB). Elke uitgestoten kleur- en kleurcombinaties zijn gerelateerd aan vitale borden.

Het door de auteurs voorgestelde systeem kan de monitoring van vitale tekens betrouwbaar vergemakkelijken, omdat fouten in experimentele resultaten minimaal waren.

Referenties

1. Optomechanisch Kerker -effect. Poshakinskiy, a v en poddubny, a n. 1, 2019, Physical Review X, Vol. 9, p. 2160-3308.
2. Elektromagnetische verstrooiing door magnetische bollen. Kerker, M, Wang, D S en Giles, C L. 6, 1982, Journal of the Optical Society of America, Vol. 73.
3. Optische extra-body communicatie met smartphonecamera's voor menselijke vitale tekentransmissie. Dhatchayeny, D en Chung,. 15, 2019, Appl. Opteren., Vol. 58.
4. Al-azzawi, a. Fysieke optiekprincipes en -praktijken. Boca Raton, FL: CRC Press Taylor & Francis Group, 2006.
5. Grattan-goot, ik. Companion Encyclopedia of the History and Philosophy of the Mathematical Sciences. New York, VS: Routledge, 1994, Vol. II.
6. Akhmanov, s a en nikitin, s yu. Fysieke optiek. New York: Oxford University Press, 2002.
7. Lipson, A, Lipson, S G en Lipson, H. Fysieke optiek. Cambridge, VK: Cambridge University Press, 2011.
8. Mickelson, r. Fysieke optiek. New York: Springer Science+Business Media, 1992.
9. Jenkins, f a en wit, h e. Fundamentals of Optics. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.