Optyka

Optyka
Z Wikipedii
Skocz do: nawigacji, szukaj
Optyka to dział fizyki, zajmujący się badaniem natury światła, prawami opisującymi jego
emisję, rozchodzenie się, oddziaływanie z materią oraz pochłanianie przez materię. Optyka
wypracowała specyficzne metody pierwotnie przeznaczone do badania światła, stosowane
obecnie takŜe do badania rozchodzenia się innych zakresów promieniowania
elektromagnetycznego podczerwień, ultrafiolet zwane światłem niewidzialnym.
Optyka to takŜe dział techniki badający światło i jego zastosowania w technice.
Działy optyki [edytuj]
Refrakcja
Dyspersja
Optyka geometryczna, najstarsza i podstawowa do dziś część optyki. Wprowadza pojęcie
promień świetlny jako cienką struŜkę światła (odpowiednik prostej w geometrii). Opisuje
rozchodzenie się światła jako bieg promieni, bez wnikania w naturę światła. Według optyki
geometrycznej, światło rozchodzi się w ośrodkach jednorodnych po liniach prostych, na
1
granicy ośrodków ulega odbiciu (odbicie światła) a przechodząc do drugiego ośrodka ulega
załamaniu.
Optyka falowa bada zjawiska optyczne, w których światło przejawia swoją falową naturę
(interferencja, dyfrakcja, polaryzacja, optyka cienkich warstw itp.). Z falowego punktu
widzenia, światło jest falą elektromagnetyczną, zatem oczywiste jest, Ŝe fundamentem optyki
falowej są równania Maxwella opisujące zjawiska elektromagnetyczne.
Optyka falowa stanowi podstawę teoretyczną dla optyki geometrycznej, wyjaśnia prawa
optyki geometrycznej, wskazuje ograniczenia jej stosowania. Prawa optyki geometrycznej są
prawdziwe dla odległości znacznie większych od długości fali. Jednocześnie optyka
geometryczna wraz ze swymi prostymi prawami i pojęciami stanowi silne narzędzie
umoŜliwiające proste opisanie przebiegu wielu zjawisk i działania przyrządów optycznych.
WaŜnym działem optyki falowej jest spektroskopia badająca widma fal świetlnych.
Spektroskopia badając widma emisyjne i absorpcyjne gazów dała, na początku XX wieku
bodziec do powstania nowych teorii światła i materii. Światło objawiło się jako cząsteczka
foton, a materia zaczęła być postrzegana jako fala. Powstały dział fizyki to mechanika
kwantowa.
Optyka kwantowa zajmuje się z kolei zjawiskami, w których światło opisywane jako
cząsteczka foton ma cechy ciał fizycznych (energia, pęd, ciśnienie światła) oddziałowuje z
materią tak jak maleńka kulka. Wspomniana wcześniej spektroskopia wraz z fizyką fizyką
atomową i mechaniką kwantową jest silnym narzędziem badawczym wykorzystywanym do
badania zjawisk zachodzących w najdalszych obiektach wszechświata, wykrywania nawet
pojedynczych atomów, badania struktury kryształów itp.
Optyka zakłada, Ŝe światło przechodząc przez materię nie wpływa na przechodzenie innego
światła przez tę samą materię. Przy duŜych natęŜeniach światła nie jest to prawdą,
przechodzące światło wpływa na przejście innych wiązek światła (takŜe siebie) opisuje to
dział optyki optyka nieliniowa.
Metody badawcze optyki zastosowano takŜe do badania innych rodzajów fal
(promieniowania), powstały w ten sposób dziedziny: optyka elektronowa, optyka neutronowa,
optyka ultradźwięków.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
optyka kwantowa
laser
holografia
optyka kryształów
optyka nieliniowa
optyka statystyczna
optyka fourierowska
optyka dyfrakcyjna
optyka falowodów
optyka zintegrowana
optyka cienkich warstw
optyczne rozpoznawanie obrazów
procesory optyczne
mikrooptyka
2
•
•
radiometria
fotometria
Zobacz galerię na Wikimedia Commons:
Optyka
Zobacz teŜ: przegląd zagadnień z zakresu optyki.
Optics
From Wikipedia, the free encyclopedia
• Learn more about citing Wikipedia •
Jump to: navigation, search
"Optical" redirects here. For the musical artist, see Optical (artist).
For the book by Sir Isaac Newton, see Opticks.
3
Table of Opticks, 1728 Cyclopaedia
Optics (ὀπτική appearance or look in Ancient Greek) is the science that describes the
behavior and properties of light and the interaction of light with matter. Optics explains
optical phenomena.
The field of optics usually describes the behavior of visible, infrared, and ultraviolet light;
however because light is an electromagnetic wave, similar phenomena occur in X-rays,
microwaves, radio waves, and other forms of electromagnetic radiation and analogous
phenomena occur with charged particle beams. Optics can largely be regarded as a sub-field
of electromagnetism. Some optical phenomena depend on the quantum nature of light relating
some areas of optics to quantum mechanics. In practice, the vast majority of optical
phenomena can be accounted for using the electromagnetic description of light, as described
by Maxwell's Equations.
The field of optics has its own identity, societies, and conferences. The pure science aspects
of the field are often called optical science or optical physics. Applied optical sciences are
often called optical engineering. Applications of optical engineering related specifically to
illumination systems are called illumination engineering. Each of these disciplines tends to be
quite different in its applications, technical skills, focus, and professional affiliations. More
recent innovations in optical engineering are often categorized as photonics or
optoelectronics. The boundaries between these fields and "optics" are often unclear, and the
terms are used differently in different parts of the world and in different areas of industry.
Because of the wide application of the science of "light" to real-world applications, the areas
of optical science and optical engineering tend to be very cross-disciplinary. Optical science is
a part of many related disciplines including electrical engineering, physics, psychology,
medicine (particularly ophthalmology and optometry), and others. Additionally, the most
complete description of optical behavior, as known to physics, is unnecessarily complicated
for most problems, so particular simplified models are used. These limited models adequately
describe subsets of optical phenomena while ignoring behavior irrelevant and/or undetectable
to the system of interest.
4
Contents
[hide]
•
•
•
•
•
•
•
1 Classical optics
o 1.1 Topics related to classical optics
2 Modern optics
o 2.1 Topics related to modern optics
3 Other optical fields
4 Everyday optics
5 See also
o 5.1 Societies
o 5.2 Wikibooks modules
6 References
7 External links
o 7.1 Textbooks and tutorials
o 7.2 Societies
[edit] Classical optics
Before quantum optics became important, optics consisted mainly of the application of
classical electromagnetism and its high frequency approximations to light. Classical optics
divides into two main branches: geometric optics and physical optics.
Geometric optics, or ray optics, describes light propagation in terms of "rays". Rays are bent
at the interface between two dissimilar media, and may be curved in a medium in which the
refractive index is a function of position. The "ray" in geometric optics is an abstract object
which is perpendicular to the wavefronts of the actual optical waves. Geometric optics
provides rules for propagating these rays through an optical system, which indicates how the
actual wavefront will propagate. Note that this is a significant simplification of optics, and
fails to account for many important optical effects such as diffraction and polarization.
Geometric optics is often simplified even further by making the paraxial approximation, or
"small angle approximation." The mathematical behavior then becomes linear, allowing
optical components and systems to be described by simple matrices. This leads to the
techniques of Gaussian optics and paraxial raytracing, which are used to find first-order
properties of optical systems, such as approximate image and object positions and
magnifications. Gaussian beam propagation is an expansion of paraxial optics that provides a
more accurate model of coherent radiation like laser beams. While still using the paraxial
approximation, this technique partially accounts for diffraction, allowing accurate calculations
of the rate at which a laser beam expands with distance, and the minimum size to which the
beam can be focused. Gaussian beam propagation thus bridges the gap between geometric and
physical optics.
Physical optics or wave optics builds on Huygen's principle and models the propagation of
complex wavefronts through optical systems, including both the amplitude and the phase of
the wave. This technique, which is usually applied numerically on a computer, can account
for diffraction, interference, and polarization effects, as well as aberrations and other complex
effects. Approximations are still generally used, however, so this is not a full electromagnetic
5
wave theory model of the propagation of light. Such a full model would (at present) be too
computationally demanding to be useful for most problems, although some small-scale
problems can be analyzed using complete wave models.
[edit] Topics related to classical optics
Conceptual animation of light dispersion in a prism.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Aberrations
Coherence
Diffraction
Dispersion
Distortion
Fabrication and testing (optical components)
Fermat's principle
Fourier optics
Geometric optics of:
o Lenses
o Mirrors
o Optical instruments
o Prisms
Gradient index optics
Interferometry
Optical lens design
Optical resolution
Polarization
Ray (optics)
Ray tracing
Reflection
Refraction
Scattering
Spectrum
Wave
6
[edit] Modern optics
Modern optics encompasses the areas of optical science and engineering that became popular
in the 20th century. These areas of optical science typically relate to the electromagnetic or
quantum properties of light but do include other topics.
[edit] Topics related to modern optics
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Adaptive optics
Circular dichroism
Crystal optics
Diffractive optics
Fiber optics
Waveguide (optics)
Holography
Integrated optics
Jones calculus
Lasers
Lens flare
Microlens
Non-imaging optics
Nonlinear optics
Optical pattern recognition
Optical processors
Optical vortex
Photometry
Photonics
Quantum optics
Radiometry
Statistical optics
Thin-film optics
X-ray optics
[edit] Other optical fields
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Abbe number
Color science
Image processing
Information theory
Lighting
Machine vision
Optical communication
Optical computers
Optical data storage
Optical feedback
Pattern recognition
Photography (science of)
Radiative heat transfer
Thermal physics
Visual system
7
[edit] Everyday optics
Optics is part of everyday life. Rainbows and mirages are examples of optical phenomena.
Many people benefit from eyeglasses or contact lenses, and optics are used in many consumer
goods including cameras. Superimposition of periodic structures, for example transparent
tissues with a grid structure, produces shapes known as moiré patterns. Superimposition of
periodic transparent patterns comprising parallel opaque lines or curves produces line moiré
patterns.
[edit] See also
Physics Portal
•
•
•
•
•
•
•
•
History of optics
List of optical topics
Important publications in optics
Transparency (optics)
Optical illusion
Optics is a book by Ptolemy
Optician
Anti-fog treatment of optical surfaces
[edit] Societies
•
•
•
Optical Society of America
SPIE - The International Society for Optical Engineering
European Optical Society
[edit] Wikibooks modules
•
•
Optics (Physics Study Guide)
Optics
[edit] References
•
•
•
•
Hecht, Eugene (2001). Optics (4th ed.). Pearson Education. ISBN 0-8053-8566-5.
Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th ed.).
Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.
Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and
Elementary Modern Physics (5th ed.). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0810-8.
Lipson, Stephen G. (1995). Optical Physics (3rd ed.). Cambridge University Press. ISBN 0-52143631-1.
[edit] External links
8
Wikimedia Commons has media related to:
Optics
[edit] Textbooks and tutorials
•
•
Optics — an open-source Optics textbook
Optics2001 — Optics library and community
[edit] Societies
•
•
•
•
European Optical Society
Optical Society of America
Optical Society of India
SPIE
[show]
v•d•e
General subfields within physics
9