Optika

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 22. června 2022; kontroly vyžadují 10 úprav .

Optika (ze starořeckého ὀπτική „věda o vizuálním vnímání“) je odvětví fyziky , které studuje chování a vlastnosti světla , včetně jeho interakce s hmotou a vytváření nástrojů , které jej využívají nebo detekují [1] . Optika obecně popisuje chování viditelného , ​​ultrafialového a infračerveného záření. Protože světlo je elektromagnetická vlna , jiné formy elektromagnetického záření , jako jsou rentgenové paprsky , mikrovlny a rádiové vlny , mají podobné vlastnosti.

Většinu optických jevů lze vysvětlit pomocí klasické elektrodynamiky . Úplný elektromagnetický popis světla je však v praxi často obtížně aplikovatelný. Praktická optika je obvykle založena na zjednodušených modelech. Nejběžnější z nich, geometrická optika , pohlíží na světlo jako na soubor paprsků , které se pohybují v přímých liniích a ohýbají se, když procházejí povrchy nebo se od nich odrážejí. Vlnová optika  je úplnější model světla, který zahrnuje vlnové efekty, jako je difrakce a interference , které se v geometrické optice neberou v úvahu. Historicky byl nejprve vyvinut paprskový model světla a poté vlnový model světla. Pokrok v teorii elektromagnetismu v 19. století vedl k pochopení světelných vln jako viditelné části elektromagnetického spektra.

Některé jevy závisí na skutečnosti, že světlo vykazuje vlnové a částicové vlastnosti . Vysvětlení tohoto chování se nachází v kvantové mechanice . Když vezmeme v úvahu korpuskulární vlastnosti, světlo je reprezentováno jako soubor částic nazývaných fotony . Kvantová optika používá k popisu optických systémů kvantovou mechaniku.

Optická věda je relevantní a studuje se v mnoha příbuzných disciplínách, včetně astronomie , různých oblastí inženýrství , fotografie a medicíny (zejména oftalmologie a optometrie ). Praktické aplikace optiky lze nalézt v různých technologiích a každodenních věcech, včetně zrcadel , čoček , dalekohledů , mikroskopů , laserů a vláknové optiky .

Historie

Optika začala s vývojem čoček u starých Egypťanů a Mezopotámců . Nejstarší známé čočky z Kréty , vyrobené z leštěného křišťálu, často křemene , pocházejí z roku 2000 před naším letopočtem. E. (Archeologické muzeum v Heraklionu, Řecko). Objektivy z Rhodosu pocházejí z doby kolem roku 700 před naším letopočtem. př. n. l., stejně jako asyrské čočky, jako je čočka Nimrud [2] . Staří Římané a Řekové plnili skleněné kuličky vodou na výrobu čoček. Tyto praktické pokroky byly následovány rozvojem teorií světla a vidění starověkými řeckými a indickými filozofy a rozvojem geometrické optiky v řecko-římském světě . Slovo optika pochází ze starořeckého slova ὀπτική , což znamená „vzhled“ [3] .

Řekové považovali optiku za součást filozofické doktríny – měla dvě protikladné teorie o fungování vidění: teorii intromission ( anglicky  intromission ) a teorii záření [4] . Přístup intromission viděl vidění jako vycházející z objektů, které vrhají kopie sebe sama (takzvané eidoly z anglického  eidola ), které byly zachyceny okem. S mnoha zakladateli včetně Democrita , Epicura , Aristotela a jejich následovníků se zdá, že tato teorie měla určitou podobnost s moderními teoriemi o tom, co vize skutečně je, ale zůstala pouhou spekulací bez jakéhokoli experimentálního základu.

Platón byl první, kdo formuloval teorii záření, myšlenku, že vizuální vnímání je prováděno paprsky emitovanými očima. On také komentoval změnu parity zrcadel v Timaeus [5] . O několik set let později napsal Euclid (4.-3. století př. n. l.) pojednání nazvané Optika , ve kterém spojil vidění s geometrií a vytvořil tak geometrickou optiku [6] . Svou práci založil na Platónově radiační teorii, ve které popsal matematická pravidla perspektivy a kvalitativně popsal účinky lomu , i když pochyboval, že by paprsek světla z oka mohl okamžitě rozsvítit hvězdy pokaždé, když někdo mrkne [7] . Euklides formuloval princip nejkratší cesty světla a uvažoval o mnohonásobných odrazech na plochých a sférických zrcadlech. Ptolemaios se ve svém pojednání Optika držel „intromission-radiační“ teorie vidění: paprsky (neboli proud) z oka tvoří kužel, jehož vrchol je uvnitř oka a základna určuje zorné pole. Paprsky byly citlivé a přenášely do mysli pozorovatele informace o vzdálenosti a orientaci povrchů. Shrnul hodně z Euklidovy geometrické optiky a pokračoval v popisu způsobu, jak změřit úhel lomu , i když si nevšiml empirického spojení mezi ním a úhlem dopadu [8] . Plutarchos (1.-2. století n. l.) popsal mnohonásobné odrazy na sférických zrcadlech a diskutoval o vytváření zvětšených a zmenšených obrazů, skutečných i imaginárních, včetně případu chirality obrazu .

Během středověku byly řecké myšlenky o optice oživeny a šířeny spisovateli v muslimském světě . Jedním z prvních z nich byl Al-Kindi (asi 801-873), který psal o přednostech aristotelských a euklidovských idejí optiky, preferoval teorii záření, protože umožňovala lepší kvantitativní stanovení optických jevů [10]. . V roce 984 napsal perský matematik Ibn Sal pojednání „O hořících zrcadlech a čočkách“, správně popisující zákon lomu, ekvivalentní Snellovu zákonu [11] . Použil tento zákon k výpočtu optimálních tvarů čoček a zakřivených zrcadel . Na začátku 11. století Alhazen (Ibn al-Haytham) napsal Knihu optiky ( Kitab al-manazír ), ve které zkoumal odraz a lom a navrhl nový systém pro vysvětlení vidění a světla, založený na pozorování a experimentu. [12] [13] [14] [15] [16] . Odmítl „teorii záření“ používanou v ptolemaiovské optice, tedy kdy paprsky potřebné pro vidění vyzařuje oko, a místo toho prosadil myšlenku, že světlo se odráží ve všech směrech v přímých liniích od všech bodů pozorovaných objektů. a pak vstupuje do oka, i když nedokázal správně vysvětlit, jak oko zachycuje paprsky [17] . Alhazenovo dílo bylo v arabském světě z velké části ignorováno, ale bylo anonymně přeloženo do latiny kolem roku 1200 n. l. a poté shrnuto a rozšířeno polským mnichem Witelo [18] , čímž se stalo standardním textem o optice v Evropě na dalších 400 let.

Ve středověké Evropě ve 13. století anglický biskup Robert Grosseteste psal o širokém spektru vědeckých témat a diskutoval o světle ze čtyř různých úhlů pohledu: epistemologii světla, metafyziku neboli kosmogonii světla, etiologii nebo fyziku světla, a teologie světla [19] , založená na spisech Aristotela a platonismu . Grossetesteův nejslavnější student, Roger Bacon , napsal díla citující širokou škálu nedávno přeložených děl o optice a filozofii, včetně děl Alhazena, Aristotela, Avicenny , Averroese , Euklida, al-Kindiho, Ptolemaia, Tidea a Constantina Africana . Bacon byl schopen použít části skleněných koulí jako lupy , aby ukázal, že světlo se od předmětů spíše odráží, než aby z nich vycházelo.

První nositelné brýle byly vynalezeny v Itálii kolem roku 1286 [20] . To byl počátek optického průmyslu broušení a leštění čoček pro tyto „brýle“, nejprve v Benátkách a Florencii ve třináctém století a poté v centrech výroby brýlí v Nizozemsku a Německu [21] . Výrobci brýlí vyrobili vylepšené typy čoček pro korekci zraku založené spíše na empirických znalostech získaných pozorováním účinků čoček než na elementární optické teorii té doby (teorie, která většinou ani nedokázala dostatečně vysvětlit, jak brýle fungují) [22]. [23] . Tento praktický vývoj, řemeslo a experimentování s čočkami vedly přímo k vynálezu složeného optického mikroskopu kolem roku 1595 a refraktorového dalekohledu v roce 1608, přičemž oba vznikly v centrech výroby brýlí v Nizozemsku [24] .

Na počátku 17. století Johannes Kepler ve svých spisech doplnil geometrickou optiku o čočky, odraz plochými a zakřivenými zrcadly, principy dírkových kamer , zákon inverzní kvadratury řídící intenzitu světla a optická vysvětlení astronomických jevů, jako je měsíční a sluneční . zatmění a astronomická paralaxa . Byl také schopen správně identifikovat roli sítnice jako skutečného orgánu pro záznam obrazu a nakonec byl schopen vědecky kvantifikovat účinky různých typů čoček, které výrobci brýlí pozorovali během předchozích 300 let [25] . Po vynálezu dalekohledu Kepler položil teoretický základ pro jejich práci a popsal vylepšenou verzi, známou jako Keplerův dalekohled , využívající dvě konvexní čočky k získání většího zvětšení [26] .

Optická teorie se rozvinula v polovině 17. století s pojednáními napsanými filozofem René Descartesem , která vysvětlila mnoho optických jevů, včetně odrazu a lomu, za předpokladu, že světlo bylo vyzařováno objekty, které jej vytvořily [27] . To se podstatně lišilo od starověké řecké teorie záření . Na konci 60. a na počátku 70. let 17. století Isaac Newton rozšířil Descartovy myšlenky do korpuskulární teorie světla a určil, že bílé světlo je směs barev, kterou lze pomocí hranolu rozdělit na jednotlivé části . V roce 1690 navrhl Christian Huygens vlnovou teorii světla založenou na spekulacích Roberta Hooka v roce 1664. Hooke sám veřejně kritizoval Newtonovy teorie světla a nepřátelství mezi nimi trvalo až do Hookovy smrti. V roce 1704 Newton publikoval Optika a v té době, částečně díky svým pokrokům v jiných oblastech fyziky, byl obecně považován za vítěze v debatách o povaze světla.

Newtonovská optika byla obecně přijímána až do počátku 19. století, kdy Thomas Young a Augustin-Jean Fresnel provedli experimenty s rušením světla , které pevně stanovily vlnovou povahu světla. Youngův slavný experiment s dvojitou štěrbinou ukázal, že světlo se řídí principem superpozice , což je vlastnost podobná vlně, kterou Newtonova teorie částic nepředpovídá. Tato práce vedla ke vzniku teorie difrakce světla a otevřela celou oblast výzkumu fyzikální optiky [28] . Vlnovou optiku úspěšně zkombinoval s teorií elektromagnetismu James Clerk Maxwell v 60. letech 19. století [29] .

K dalšímu rozvoji optické teorie došlo v roce 1899, kdy Max Planck správně modeloval záření černého tělesa , za předpokladu, že k výměně energie mezi světlem a hmotou dochází pouze v malých částech, které nazval kvanta [30] . V roce 1905 Albert Einstein publikoval teorii fotoelektrického jevu, která pevně stanovila kvantování samotného světla [31] [32] . V roce 1913 Niels Bohr ukázal, že atomy mohou vyzařovat energii pouze ve fragmentech, čímž vysvětlil diskrétní čáry pozorované v emisních a absorpčních spektrech [33] . Pochopení interakce mezi světlem a hmotou, které následovalo po těchto pokrokech, netvořilo pouze základ kvantové optiky, ale bylo také klíčové pro vývoj kvantové mechaniky jako celku. Konečné vyvrcholení, teorie kvantové elektrodynamiky , vysvětluje veškerou optiku a elektromagnetické procesy obecně jako výsledek výměny reálných a virtuálních fotonů [34] . Kvantová optika získala praktický význam s vynálezem maseru v roce 1953 a laseru v roce 1960 [35] .

Po práci Paula Diraca v kvantové teorii pole aplikovali George Sudarshan , Roy J. Glauber a Leonard Mandel kvantovou teorii na elektromagnetické pole v 50. a 60. letech 20. století, aby získali podrobnější pochopení fotodetekce a statistických vlastností světla.

Charakteristika světla

Délka světelné vlny závisí na rychlosti šíření vlny v prostředí a souvisí s ní a frekvencí poměrem:

kde  je index lomu média. Obecně je index lomu prostředí funkcí vlnové délky: . Závislost indexu lomu na vlnové délce se projevuje v podobě jevu rozptylu světla .

Světelné vlastnosti jsou:

Rychlost světla

Univerzálním pojmem ve fyzice je rychlost světla . Jeho hodnota ve vakuu je nejen limitní rychlostí šíření elektromagnetických kmitů libovolné frekvence, ale i obecně limitní rychlostí šíření informace nebo jakéhokoli dopadu na hmotné objekty. Při šíření světla v různých prostředích se fázová rychlost světla obvykle snižuje: , kde je index lomu prostředí, který charakterizuje jeho optické vlastnosti a závisí na frekvenci světla: . V oblasti anomálního rozptylu světla může být index lomu menší než jedna a fázová rychlost světla větší než . Poslední tvrzení není v rozporu s teorií relativity , protože k přenosu informace pomocí světla nedochází fázově, ale zpravidla grupovou rychlostí .

Klasická optika

V klasické optice existují dvě hlavní sekce: geometrická (neboli paprsková) optika a fyzická (neboli vlnová) optika. V geometrické optice se předpokládá, že se světlo pohybuje po přímých drahách, zatímco ve vlnové optice je světlo považováno za elektromagnetické vlnění.

Geometrickou optiku lze považovat za první přiblížení vlnové optice, která se uplatní, když je vlnová délka použitého světla mnohem menší než velikost optických prvků v modelovaném systému.

Geometrická optika

Geometrická optika neboli paprsková optika popisuje šíření světla ve formě „paprsků“, které ukazují trajektorii světla pohybujícího se v přímých liniích a jejichž dráhy se řídí zákony odrazu a lomu na rozhraních mezi různými prostředími [37] . Tyto zákony byly empiricky stanoveny již v roce 984 n. l. [11] a byly používány při vývoji optických součástek a nástrojů od té doby až do současnosti. Lze je shrnout následovně:

Když paprsek světla narazí na hranici mezi dvěma průhlednými materiály, rozdělí se na odražené a lomené paprsky.

Zákon odrazu říká, že odražený paprsek leží v rovině dopadu a úhel odrazu se rovná úhlu dopadu. Zákon lomu říká, že lomený paprsek leží v rovině dopadu a sinus úhlu dopadu dělený sinem úhlu lomu je konstanta: ,

kde n  je konstanta pro libovolné dva materiály a danou barvu (vlnovou délku) světla. Pokud je prvním materiálem vzduch nebo vakuum, n  je index lomu druhého materiálu.

Zákony odrazu a lomu lze odvodit z Fermatova principu, který říká, že dráha, kterou urazí paprsek světla mezi dvěma body, je dráha, kterou lze urazit za nejkratší čas [38] .

Aproximace

Geometrická optika se často zjednodušuje pomocí aproximace paraxiální nebo "malý úhel". Potom se matematické chování veličin, které nás zajímají, stává lineárním, což umožňuje popisovat optické součásti a systémy pomocí jednoduchých matic. To vede k metodám Gaussovy optiky a paraxiálního ray tracingu , které se používají k určení základních vlastností optických systémů, jako je přibližná poloha a zvětšení obrazu a předmětu [39] .

Odrazy

Odrazy lze rozdělit na dva typy: zrcadlový odraz a difúzní odraz . Zrcadlový odraz popisuje lesk povrchů, jako jsou zrcadla, která odrážejí světlo jednoduchým a předvídatelným způsobem. To vám umožňuje vytvářet odražené obrazy, které jsou spojeny se skutečným ( skutečným ) nebo extrapolovaným ( virtuálním ) místem v prostoru. Difúzní odraz popisuje nelesklé materiály, jako je papír nebo kámen. Odrazy od těchto povrchů lze popsat pouze statisticky, s přesným rozložením odraženého světla v závislosti na mikroskopické struktuře materiálu. Mnoho difúzních reflektorů je popsáno nebo může být aproximováno Lambertovým kosinovým zákonem , který se používá pro povrchy se stejnou jasností při pohledu z libovolného úhlu. Lesklé povrchy mohou poskytovat zrcadlové i difúzní odrazy.

Při zrcadlovém odrazu je směr odraženého paprsku určen úhlem, pod kterým dopadající paprsek tvoří normálu k povrchu – čáru kolmou k povrchu v bodě, kam paprsek dopadá. Dopadající a odražený paprsek a normála leží ve stejné rovině a úhel mezi odraženým paprskem a normálou k povrchu se shoduje s úhlem mezi dopadajícím paprskem a normálou [40] . Toto pozorování je známé jako zákon odrazu .

U plochých zrcadel zákon odrazu znamená, že obrazy předmětů jsou ve svislé poloze a ve stejné vzdálenosti za zrcadlem jako předměty před zrcadlem. Velikost obrázku je stejná jako velikost objektu. Ze zákona také vyplývá, že zrcadlové obrazy jsou převrácené paritou, což oko vnímá jako převrácení zleva doprava. Obrazy vytvořené jako výsledek odrazu ve dvou (nebo v jakémkoli sudém počtu) zrcadlech nejsou převráceny paritou. Rohové reflektory vytvářejí odražené paprsky, které se vracejí ve směru, odkud přicházely dopadající paprsky [40] . Toto zařízení se nazývá reflektor .

Zrcadla se zakřivenými plochami lze modelovat pomocí sledování paprsků a pomocí zákona odrazu v každém bodě na povrchu. U zrcadel s parabolickými plochami vytvářejí paralelní paprsky dopadající na zrcadlo odražené paprsky, které se sbíhají ve společném ohnisku . Jiné zakřivené povrchy také dokážou zaostřit světlo, ale s rozbíhavými tvarovými aberacemi, které rozostřují ohnisko v prostoru. Zejména sférická zrcadla vykazují sférickou aberaci . Zakřivená zrcadla mohou vytvářet obrazy se zvětšením větším nebo menším než jedna a zvětšení může být záporné, což znamená, že obraz je převrácený. Vertikální obraz tvořený odrazem v zrcadle je vždy virtuální, zatímco převrácený obraz je skutečný a lze jej promítnout na plátno [40] .

Refrakce

K lomu dochází, když světlo prochází oblastí prostoru se změněným indexem lomu; tento princip umožňuje použití čoček k zaostření světla. Nejjednodušší případ lomu nastává, když existuje rozhraní mezi homogenním prostředím s indexem lomu a jiným prostředím s indexem lomu . V takových situacích Snellův zákon popisuje výslednou výchylku světelného paprsku:

kde a  jsou úhly mezi normálou (k rozhraní) a dopadajícím a lomeným paprskem [40] .

Index lomu prostředí souvisí s fázovou rychlostí světla v tomto prostředí vztahem

,

kde c  je rychlost světla ve vakuu .

Snellův zákon lze použít k předpovědi odchylky světelných paprsků, když procházejí lineárním prostředím, vzhledem k jeho indexům lomu a geometrii. Například šíření světla hranolem způsobuje odchylku světelného paprsku v závislosti na tvaru a orientaci hranolu. U většiny materiálů závisí index lomu také na frekvenci světla. S ohledem na to lze Snellův zákon použít k předpovědi, jak hranol rozdělí světlo na spektrum. Objev fenoménu průchodu světla hranolem je připisován Isaacu Newtonovi [40] .

Některá média mají index lomu, který se postupně mění se souřadnicemi, a proto jsou dráhy světelných paprsků v médiu zakřivené. Tento efekt je zodpovědný zejména za fata morgány pozorované v horkých dnech: změna indexu lomu vzduchu s výškou způsobuje ohýbání světelných paprsků, což vyvolává vzhled zrcadlových odrazů na dálku (jako když se odrážejí od povrchu těla z vody). Optické materiály s proměnlivými indexy lomu se nazývají materiály s odstupňovaným indexem lomu (GRIN). Takové materiály se používají k výrobě optických prvků s gradientem indexu lomu [41] .

Pro světelné paprsky putující z materiálu s vysokým indexem lomu do materiálu s nízkým indexem lomu Snellův zákon předpovídá, že neexistuje žádný úhel , při některých velkých hodnotách . V tomto případě nedochází k průchodu paprsku světla do druhého média a veškeré světlo se odráží. Tento jev se nazývá totální vnitřní odraz a umožňuje použití technologie optických vláken. Při průchodu světla optickým vláknem dochází k úplnému vnitřnímu odrazu, což umožňuje prakticky neztrácet světlo po délce kabelu [40] .

Objektivy

Zařízení, které produkuje sbíhající se nebo rozbíhavé světelné paprsky v důsledku lomu, je známé jako čočka . Čočky se vyznačují svou ohniskovou vzdáleností : konvergující čočka má kladnou ohniskovou vzdálenost a divergující čočka zápornou ohniskovou vzdálenost. Kratší ohnisková vzdálenost znamená, že objektiv má silnější konvergenční nebo divergenční efekt. Ohnisková vzdálenost jednoduché čočky ve vzduchu je dána rovnicí čočky [42] .

Ray tracing lze použít k vysvětlení tvorby obrazu čočky. Pro tenkou čočku ve vzduchu je poloha obrazu dána jednoduchou rovnicí

,

kde  je vzdálenost od objektu k čočce,  je vzdálenost od čočky k obrazu a  je ohnisková vzdálenost čočky. Ve znakové konvenci použité zde jsou vzdálenosti mezi objektem a obrazem kladné, pokud jsou objekt a obraz na opačných stranách čočky [42] .

Přicházející paralelní paprsky jsou zaostřeny konvergující čočkou do bodu vzdáleného jednu ohniskovou vzdálenost od čočky, na vzdálenější straně čočky. Toto se nazývá zadní ohnisko objektivu. Paprsky z objektu na konečnou vzdálenost zaostří dále od objektivu, než je ohnisková vzdálenost; čím blíže je předmět k čočce, tím dále je od ní obraz.

V případě divergentních čoček se přicházející paralelní paprsky po průchodu čočkou rozcházejí tak, že se zdá, že vycházejí z bodu jednu ohniskovou vzdálenost před čočkou. Toto je přední ohnisko objektivu. Paprsky z objektu umístěného v konečné vzdálenosti jsou spojeny s virtuálním obrazem, který je blíže k čočce než zaostřovací bod a na stejné straně čočky jako předmět. Čím blíže je objekt k objektivu, tím blíže je k němu virtuální obraz. Stejně jako u zrcadel jsou vertikální obrazy vytvářené jedinou čočkou virtuální, zatímco převrácené obrazy jsou skutečné [40] .

Objektivy trpí aberacemi , které zkreslují obraz. K monochromatickým aberacím dochází proto, že geometrie čočky neumožňuje ideální směrování paprsků z bodu objektu do jednoho bodu na snímku, zatímco k chromatické aberaci dochází v důsledku skutečnosti, že index lomu čočky se mění v závislosti na vlnové délce světlo [40] .

Vlnová optika

Ve vlnové optice se světlo šíří jako vlna. Tento model předpovídá jevy, jako je interference a difrakce, které nejsou vysvětleny z hlediska geometrické optiky. Rychlost světelných vln ve vzduchu je přibližně 3,0 × 10 8  m/s (přesně 299 792 458 m/s ve vakuu ). Vlnová délka viditelného světla leží v rozsahu 400 až 700 nm, ale termín „světlo“ se často používá také pro záření v infračervené (0,7-300 mikronů) a ultrafialové (10-400 nm) oblasti spektra.

Vlnový model lze použít k předpovědi chování optického systému, aniž by bylo nutné vysvětlovat, co v jakém prostředí „vibruje“. Až do poloviny 19. století většina fyziků věřila v „éterické“ prostředí, ve kterém se šíří světelná porucha [43] . Existence elektromagnetických vln byla předpovězena v roce 1865 Maxwellovými rovnicemi . Tyto vlny se šíří rychlostí světla a mají různá elektrická a magnetická pole, která jsou kolmá k sobě navzájem i ke směru šíření. Světelné vlny jsou nyní obvykle považovány za elektromagnetické vlny, kromě případů, kdy je třeba vzít v úvahu kvantově mechanické efekty.

Modelování a návrh optických systémů pomocí vlnové optiky

Pro analýzu a návrh optických systémů je k dispozici mnoho zjednodušených aproximací. Většina z nich používá k reprezentaci elektrického pole světelné vlny jedinou skalární veličinu spíše než vektorový model s ortogonálními elektrickými a magnetickými poli [44] . Jedním  z takových modelů je Huygens-Fresnelova rovnice. Získal ji empiricky Fresnel v roce 1815 na základě Huygensovy hypotézy, že každý bod vlnoplochy generuje sekundární sférickou vlnoplochu, kterou Fresnel spojil s principem superpozice vln . Kirchhoffova difrakční rovnice , která je odvozena pomocí Maxwellových rovnic, staví Huygens-Fresnelovu rovnici na pevnější fyzikální základ. Příklady aplikací Huygens–Fresnelova principu lze nalézt v článcích o difrakci a Fraunhoferově difrakci .

Při práci s materiály, jejichž elektrické a magnetické vlastnosti ovlivňují interakci světla s materiálem, jsou vyžadovány přísnější modely, včetně simulace světelné vlny pomocí elektrických i magnetických polí. Například chování světelné vlny interagující s kovovým povrchem je velmi odlišné od toho, co se stane, když světlo interaguje s dielektrickým materiálem. Vektorový model by měl být také použit k simulaci polarizovaného světla.

K modelování šíření světla v systémech, které nelze analyticky řešit, lze použít numerické simulační metody , jako je metoda konečných prvků , metoda hraničních prvků a maticová metoda pro popis přenosových vedení . Takové modely vyžadují výpočty a obvykle se používají pouze pro řešení problémů malého rozsahu, které vyžadují přesnost přesahující přesnost, kterou lze dosáhnout pomocí analytických řešení [45] .

Všechny výsledky z geometrické optiky lze rekonstruovat pomocí metod Fourierovy optiky , které souvisí s mnoha stejnými matematickými a analytickými metodami používanými v technické akustice a zpracování signálů .

Gaussovské šíření paprsku  je jednoduchý model optiky paraxiálních vln pro šíření koherentního záření aplikovaného na laserové paprsky. Tato metoda částečně zohledňuje difrakci, což umožňuje přesný výpočet rychlosti, jakou se laserový paprsek rozšiřuje s uraženou vzdáleností a minimální velikosti, na kterou lze paprsek zaostřit. Metoda šíření Gaussova svazku tedy eliminuje mezeru mezi geometrickou a vlnovou optikou [46] .

Superpozice a interference

V nepřítomnosti nelineárních efektů lze princip superpozice použít k predikci tvaru interagujících signálů pouhým přidáním poruch. Tato interakce vln za účelem vytvoření výsledného vzoru se běžně nazývá „interference“ a může vést k řadě efektů. Jsou-li dvě vlny se stejnou vlnovou délkou a frekvencí ve fázi , pak se hřebeny a dno vln shodují. To vede ke konstruktivní interferenci a zvýšení amplitudy vlny, což je u světla spojeno se zesvětlením v tomto maximálním bodě. V opačném případě, pokud jsou dvě vlny se stejnou vlnovou délkou a frekvencí mimo fázi, pak se hřebeny vln budou shodovat s prohlubněmi vln a naopak. To vede k destruktivní interferenci a snížení amplitudy vlny, což je u světla spojeno se ztmavnutím v tomto minimálním bodě. Viz ilustrace tohoto efektu níže [47] .

kombinovaný
průběh
vlna 1
vlna 2
Dvě vlny ve fázi Dvě vlny
v protifázi (180°)

Vzhledem k tomu, že Huygens-Fresnelův princip říká, že každý bod vlnoplochy je spojen s vytvořením nové perturbace, může vlnoplocha konstruktivně nebo destruktivně interferovat sama se sebou v různých bodech prostoru a vytvářet jasné a tmavé pásy s pravidelnými a předvídatelnými vzory [47] ] . Interferometrie  je věda o měření těchto struktur, běžně používaná jako prostředek k přesnému určení vzdáleností nebo úhlového rozlišení [48] . Michelsonův interferometr používal interferenční efekty k přesnému měření rychlosti světla [49] .

Vzhled tenkých filmů a povlaků přímo závisí na interferenčních efektech. Antireflexní vrstvy využívají destruktivní interference ke snížení odrazivosti potažených povrchů a lze je použít k minimalizaci odlesků a nežádoucích odrazů. Nejjednodušším případem je jednovrstvý povlak o tloušťce čtvrtiny vlnové délky dopadajícího světla. Pak jsou odražená vlna od horní části filmu a odražená vlna od rozhraní film/materiál mimo fázi přesně o 180°, což způsobuje destruktivní interferenci. Vlny jsou mimo fázi pouze pro jednu vlnovou délku, která se obvykle volí blízko středu viditelného spektra, kolem 550 nm. Složitější konstrukce využívající více vrstev mohou poskytovat nízkou odrazivost v širokém rozsahu nebo extrémně nízkou odrazivost na jedné vlnové délce.

Strukturální interference v tenkých vrstvách může vytvářet silné odrazy světla v rozsahu vlnových délek, které mohou být úzké nebo široké v závislosti na konstrukci povlaku. Tyto filmy se používají k výrobě dielektrických zrcadel , interferenčních filtrů , tepelných reflektorů a barevných separačních filtrů v barevných televizních kamerách. Tento interferenční efekt je také zodpovědný za barevné duhové vzory na ropných skvrnách [47] .

Difrakce a optické rozlišení

Difrakce je proces, při kterém se nejčastěji pozoruje interference světla. Účinek poprvé popsal v roce 1665 Francesco Maria Grimaldi , který také vytvořil termín z latinského diffringere , „rozpadnout se“. Později ve století popsali tento jev také Robert Hooke a Isaac Newton, který je nyní známý jako Newtonova prstencová difrakce [50] , zatímco James Gregory zaznamenal svá pozorování difrakčních vzorů ptačího peří [51] .

První difrakční model založený na Huygens-Fresnelově principu vyvinul v roce 1803 Thomas Young ve svých interferenčních experimentech s interferenčními obrazci dvou blízko sebe ležících štěrbin. Young ukázal, že jeho výsledky by mohly být vysvětleny pouze tehdy, pokud by tyto dvě štěrbiny fungovaly jako dva jedinečné zdroje světelných vln spíše než jako krvinky [52] . V letech 1815 a 1818 Augustin-Jean Fresnel podal matematický popis toho, jak může interference vln vysvětlit difrakci [42] .

Nejjednodušší fyzikální modely difrakce používají rovnice, které popisují úhlovou separaci světlých a tmavých pásů vlivem světla o určité vlnové délce (λ). Obecně platí, že rovnice má tvar

kde  je vzdálenost mezi dvěma zdroji čela vlny (v případě Youngových experimentů to byly dvě štěrbiny ),  je úhlová vzdálenost mezi centrálním pásem a pásem řádu, kde je pozorováno centrální maximum při [53] .

Tato rovnice je mírně upravena, aby zohlednila různé situace, jako je difrakce přes jedinou štěrbinu, difrakce přes několik štěrbin nebo difrakce přes difrakční mřížku , která obsahuje velký počet štěrbin se stejnou vzdáleností mezi atomy [53] . Složitější difrakční modely vyžadují použití Fresnelovy nebo Fraunhoferovy difrakční teorie [54] .

Rentgenová difrakce využívá skutečnosti, že atomy v krystalu jsou rozmístěny ve stejných vzdálenostech od sebe v řádu jednoho angstromu . Aby bylo možné vidět difrakční obrazce, procházejí krystalem rentgenové paprsky s vlnovými délkami blízkými této vzdálenosti. Vzhledem k tomu, že krystaly jsou trojrozměrné objekty a nikoli dvourozměrné mřížky, odpovídající difrakční obrazec se mění ve dvou směrech v souladu s Braggovým odrazem , přičemž odpovídající světlé skvrny se objevují v jedinečných vzorech (pro každý krystal) a dvojnásobné vzdálenosti mezi atomy [53 ] .

Difrakční efekty omezují schopnost optického detektoru rozlišit jednotlivé světelné zdroje. Obecně platí, že světlo procházející otvorem zaznamená difrakci a nejlepší obrazy, které lze vytvořit (jak je popsáno optikou při přibližování se k meze difrakce ), se jeví jako centrální bod s okolními jasnými prstenci oddělenými tmavými oblastmi; tento vzor je známý jako Airy vzor a centrální jasná oblast je známá jako Airy disk [42] . Velikost takového disku je určena výrazem

kde θ  je úhlové rozlišení, λ  je vlnová délka světla a D  je průměr otvoru čočky. Pokud je úhlová vzdálenost mezi dvěma body mnohem menší než úhlový poloměr Airyho disku, pak tyto dva body nelze na obrázku rozlišit, ale pokud je jejich úhlová vzdálenost mnohem větší, vytvoří se samostatné obrázky dvou bodů a mohou být vyřešen. Rayleigh definoval experimentální „ Rayleighovo kritérium “, podle kterého lze dva body, jejichž úhlová vzdálenost se rovná poloměru Airyho disku (měřeno k první nule, tedy k prvnímu místu, kde je pozorováno zatemnění), považovat za vyřešené. Je vidět, že čím větší je průměr čočky nebo její výsledná clona, ​​tím ostřejší je rozlišení [53] . Astronomická interferometrie se svou schopností simulovat extrémně velké základní apertury poskytuje nejvyšší možné úhlové rozlišení [48] .

Při sestavování astronomických snímků nedosahuje atmosféra optimálního rozlišení ve viditelném spektru kvůli atmosférickému rozptylu a rozptylu, které způsobují mrkání hvězd. Astronomové označují tento efekt jako kvalitu astronomické viditelnosti . Takové techniky, známé jako techniky adaptivní optiky , byly použity k eliminaci atmosférického zkreslení v obrazech a dosažení výsledků blížících se limitu difrakce.

Rozptyl a rozptyl

K lomovým procesům dochází v oblasti aplikace vlnové optiky, kde je vlnová délka světla podobná jako u jiných vzdáleností, jako druh rozptylu. Nejjednodušším typem rozptylu je Thomsonův rozptyl , ke kterému dochází, když jsou elektromagnetické vlny vychylovány jednotlivými částicemi. V limitu Thomsonova rozptylu, ve kterém je zřejmá zvlněná povaha světla, se světlo rozptyluje nezávisle na frekvenci, na rozdíl od Comptonova rozptylu , který je frekvenčně závislý a jde o přísně kvantově mechanický proces zahrnující částicovou povahu světla. Ve statistickém smyslu je elastický rozptyl světla mnoha částicemi, které jsou mnohem menší než vlnová délka světla, proces známý jako Rayleighův rozptyl , zatímco podobný proces rozptylu částicemi stejné nebo větší vlnové délky je znám jako Mieův rozptyl . což má za následek efekt Tyndall . Malá část světla rozptýleného atomy nebo molekulami může podstoupit Ramanův rozptyl , ve kterém se frekvence světla mění v důsledku excitace atomů a molekul. Mandelstam-Brillouinův rozptyl nastává, když se frekvence světla mění v důsledku lokálních změn v čase a vibrací hustého materiálu [55] .

K disperzi dochází, když různé frekvence elektromagnetického spektra mají různé fázové rychlosti v důsledku vlastností materiálu (disperze materiálu ) nebo geometrie optického vlnovodu ( disperze vlnovodu ). Nejznámější formou disperze je pokles indexu lomu s rostoucí vlnovou délkou, který je vidět u většiny průhledných materiálů. Tento jev se nazývá „normální disperze“. Je pozorován u všech dielektrických materiálů v těch rozsazích vlnových délek, kde materiál neabsorbuje světlo [56] . V rozsazích vlnových délek, kde má médium významnou absorpci, se index lomu může zvyšovat s rostoucí vlnovou délkou. Tento jev se nazývá „anomální rozptyl“ [40] .

Barevná separace hranolem je příkladem normální disperze. Na povrchu hranolu Snellův zákon předpovídá, že světlo dopadající pod úhlem θ k normále se bude lámat pod úhlem arcsin (sin(θ)/ n ). Modré světlo se tedy se svým vyšším indexem lomu ohýbá více než světlo červené a vzniká tak známý duhový vzor [40] .

Rozptyl materiálu je často charakterizován Abbeovým číslem , které udává jednoduchou míru rozptylu na základě indexu lomu pro tři specifické vlnové délky. Disperze vlnovodu závisí na konstantě šíření [42] . Oba typy disperze způsobují změny skupinových charakteristik vlny, tedy vlastností vlnového balíčku, které se mění se stejnou frekvencí jako amplituda elektromagnetické vlny. "Skupinová disperze rychlosti" se objevuje jako šíření signálové "obálky" záření a lze ji kvantifikovat pomocí parametru skupinového rozptylového zpoždění:

kde  je skupinová rychlost vlny [57] . Pro homogenní prostředí je skupinová rychlost

kde n  je index lomu a c  je rychlost světla ve vakuu [58] . To poskytuje jednodušší formu pro parametr disperzního zpoždění:

Pokud je D menší než nula, pak se o médiu říká, že má pozitivní rozptyl nebo normální rozptyl. Pokud je D větší než nula, pak má médium zápornou disperzi . Pokud se puls světla šíří prostředím s normální disperzí, výsledkem je, že složky s vyšší frekvencí se zpomalují více než složky s nižší frekvencí. Puls se tak stává pozitivně lineárně modulovaným neboli boostem , jehož frekvence se s časem zvyšuje. To způsobuje, že spektrum světla vycházejícího z hranolu vypadá jako červené světlo se nejméně láme a modré nebo fialové světlo je nejvíce vychýlené. Naopak, pokud puls prochází médiem s anomálním (negativním) rozptylem, vysokofrekvenční složky se pohybují rychleji než nízkofrekvenční složky a puls se stává záporně lineárně modulovaným nebo se posunuje dolů , přičemž frekvence s časem klesá [59] .

Výsledkem šíření skupinové rychlosti, pozitivní nebo negativní, je v konečném důsledku rozložení hybnosti v čase. Díky tomu je řízení disperze extrémně důležité v optických komunikačních systémech na bázi vláken , protože pokud je disperze příliš vysoká, každá skupina pulsů přenášejících informace se rozšíří v čase a sloučí se, což znemožní extrahovat užitečný signál [57] .

Polarizace

Polarizace je obecná vlastnost vln, která popisuje orientaci jejich kmitů. Pro příčné vlny, jako je mnoho elektromagnetických vln, popisuje orientaci kmitů v rovině kolmé ke směru šíření vln. Oscilace mohou být orientovány v jednom směru ( lineární polarizace ), nebo se směr oscilací může otáčet, jak se vlna šíří ( kruhová nebo eliptická polarizace ). Vlny s kruhovou polarizací se mohou otáčet doprava nebo doleva vzhledem ke směru pohybu a která z těchto dvou rotací je ve vlně přítomna se nazývá chiralita vlny [60] .

Typickým způsobem pohledu na polarizaci je sledování orientace vektoru elektrického pole při šíření elektromagnetické vlny. Vektor elektrického pole rovinné vlny lze zhruba rozdělit na dvě kolmé složky , označené x a y (kde vektor z udává směr pohybu). Tvar nakreslený v rovině xy vektorem elektrického pole je Lissajousův obrazec , který popisuje stav polarizace [42] . Následující obrázky ukazují některé příklady vývoje vektoru elektrického pole (modrá) v průběhu času (svislé osy) v konkrétním bodě prostoru, spolu s jeho složkami x a y (červená/levá a zelená/pravá) a trasovanou dráhou vektorem v rovině (fialová): stejná závislost na čase bude pozorována, pokud se podíváte na elektrické pole v určitém časovém okamžiku, kdy se bod pohybuje v prostoru ve směru opačném k šíření vlny.

Lineární polarizace Kruhová polarizace Eliptická polarizace

Na obrázku zcela vlevo jsou složky x a y světelné vlny ve fázi. V tomto případě je poměr jejich velikostí konstantní, takže směr elektrického vektoru (vektorový součet těchto dvou složek) je konstantní. Vzhledem k tomu, že špička vektoru narýsuje v rovině jedinou čáru, tento konkrétní případ se nazývá lineární polarizace. Směr této čáry závisí na relativních amplitudách dvou složek elektrického pole [60] .

Na prostředním obrázku mají dvě ortogonální složky stejné amplitudy a jsou mimo fázi o 90°. V tomto případě je jedna složka elektrického pole nulová, když druhá má maximální nebo minimální amplitudu. Existují dva možné fázové vztahy, které splňují tento požadavek: složka x může být 90° před složkou y nebo může být 90° za složkou y. V tomto konkrétním případě elektrický vektor načrtne kruh v rovině, takže tato polarizace se nazývá kruhová polarizace. Směr rotace v kruhu závisí na tom, který z dvoufázových vztahů je realizován, a odpovídá pravé kruhové polarizaci a levé kruhové polarizaci [42] .

Ve všech ostatních případech, kdy obě složky elektrického pole buď nemají stejné amplitudy a jejich fázový rozdíl není ani nula, ani násobek 90°, se polarizace nazývá eliptická polarizace, protože elektrický vektor sleduje elipsu v rovině ( polarizační elipsa ). To je znázorněno na obrázku vpravo. Podrobný matematický popis polarizace je proveden pomocí Jonesova kalkulu a je charakterizován Stokesovými parametry [42] .

Změna polarizace

Média s různými indexy lomu pro různé polarizace vln se nazývají dvojlomné [60] . Dobře známé projevy tohoto efektu jsou pozorovány u optických vlnových destiček (pro lineární módy) a u Faradayovy rotace , optické rotace (pro kruhové módy) [42] . Pokud je délka dráhy v dvojlomném prostředí dostatečná, budou z materiálu vystupovat rovinné vlny s výrazně změněnými směry šíření v důsledku lomu. Týká se to například makroskopických krystalů kalcitu , které pozorovateli ukazují dva ortogonálně polarizované posunuté obrazy všeho, co je skrze ně pozorováno. Právě tento efekt pomohl Erasmu Bartholinovi v roce 1669 objevit polarizaci světla. Navíc fázový posun, a tedy i změna polarizačního stavu, je obvykle frekvenčně závislý, což v kombinaci s dichroismem často vede k jasným barvám a duhovým efektům. V mineralogii se takové vlastnosti, známé jako pleochroismus , často používají k identifikaci minerálů pomocí polarizačních mikroskopů. Navíc mnoho plastů, které normálně nejsou dvojlomné, se při mechanickém namáhání stávají dvojlomnými , což vede k jevu fotoelasticity . Mezi techniky, které nevyužívají dvojlom k otáčení lineární polarizace světelných paprsků, patří použití prizmatických polarizačních rotátorů , které využívají totální vnitřní odraz v kompozitních hranolech navržených pro efektivní kolineární přenos světla [61] .

Média, která snižují amplitudu vln s určitou polarizací, se nazývají dichroická , zatímco zařízení, která blokují téměř veškeré záření v jakémkoliv režimu, jsou známá jako polarizační filtry nebo jednoduše „ polarizátory “. Malusův zákon, pojmenovaný po Étienne Louis Malus , říká, že když je ideální polarizátor umístěn v lineárně polarizovaném paprsku světla, intenzita světla, které jím prochází, je dána

kde

I 0  - počáteční intenzita, a θi je  úhel mezi počátečním směrem polarizace světla a osou polarizátoru [60] .

Paprsek nepolarizovaného světla lze považovat za obsahující jednotnou směs lineárních polarizací ve všech možných úhlech. Protože průměr je 1/2, propustnost se stává

V praxi se část světla ztrácí v polarizátoru a skutečný přenos nepolarizovaného světla bude o něco nižší než tato hodnota, kolem 38 % u polarizátorů typu Polaroid, ale výrazně vyšší (> 49,9 %) u některých typů dvojlomu. hranoly [42] .

Kromě dvojlomu a dichroismu v kontinuálních médiích se mohou polarizační efekty vyskytovat na (reflexní) hranici mezi dvěma materiály s různými indexy lomu. Tento efekt se vypočítá pomocí Fresnelových vzorců . Část vlny přechází do druhého prostředí a část se odráží, přičemž tento poměr závisí na úhlu dopadu a úhlu lomu. Vlnová optika tedy předpovídá Brewsterův úhel [42] . Když se světlo odráží od tenkého filmu na povrchu, interference mezi odrazy od povrchů filmu může způsobit polarizaci odraženého a procházejícího světla.

Přirozené světlo

Většina zdrojů elektromagnetického záření obsahuje velké množství atomů nebo molekul, které vyzařují světlo. Orientace elektrických polí produkovaných těmito zářiči nemusí být ve vzájemném vztahu , v takovém případě se říká, že světlo je nepolarizované . Pokud existuje částečná korelace mezi zářiči, pak se říká, že světlo je částečně polarizované . Pokud je polarizace konzistentní napříč spektrem zdroje, lze částečně polarizované světlo popsat jako superpozici plně nepolarizované složky a plně polarizované složky. Lze pak použít popis světla z hlediska stupně polarizace a parametrů polarizační elipsy [42] .

Světlo odražené od lesklých průhledných materiálů je částečně nebo úplně polarizováno, s výjimkou případů, kdy světlo směřuje kolmo k povrchu. Právě tento efekt umožnil matematikovi Étienne Louis Malus provést měření, která mu umožnila vyvinout první matematické modely polarizovaného světla. K polarizaci může dojít, když je světlo rozptýleno v atmosféře . Rozptýlené světlo vytváří jas a barvu jasné oblohy . Tuto částečnou polarizaci rozptýleného světla lze využít pomocí polarizačních filtrů ke ztmavení oblohy na fotografiích . Optická polarizace má v chemii zásadní význam kvůli cirkulárnímu dichroismu a optické rotaci (" kruhový dvojlom "), které vykazují opticky aktivní ( chirální ) molekuly [42] .

Moderní optika

Moderní optika pokrývá oblasti optiky a strojírenství, které se staly populární ve 20. století. Tyto oblasti optiky se obvykle zabývají elektromagnetickými nebo kvantovými vlastnostmi světla, ale zahrnují i ​​další témata. Hlavní podsekcí moderní optiky je kvantová optika , která zvažuje kvantově mechanické vlastnosti světla. Kvantová optika není jen teorie; Činnost některých moderních zařízení, jako jsou lasery, je založena na principech činnosti zkoumaných v kvantové mechanice. K detekci jednotlivých fotonů se používají světelné detektory, jako jsou fotonásobiče a kantrony . Elektronické obrazové snímače , jako jsou CCD , vykazují šum výstřelu konzistentní se statistikami jednotlivých fotonových událostí. Principy fungování LED a fotovoltaických článků také nelze pochopit bez použití aparátu kvantové mechaniky. Při studiu těchto zařízení se kvantová optika často protíná s kvantovou elektronikou [62] .

Speciální oblasti optického výzkumu zahrnují studium toho, jak světlo interaguje se specifickými materiály, jako je krystalová optika a metamateriálová optika . Další výzkum se zaměřuje na fenomenologii elektromagnetických vln v singulární optice , nezobrazovací optice , nelineární optice , statistické optice a radiometrii . Počítačoví inženýři navíc projevili zájem o integrovanou optiku , strojové vidění a fotonické výpočty jako možné součásti počítačů „nové generace“ [63] .

Dnes se čistá věda o optice nazývá optická věda nebo atomová a molekulární fyzika , aby se odlišila od aplikovaných optických věd, které se nazývají inženýrská optika . Mezi hlavní oblasti optického inženýrství patří světelné inženýrství , fotonika a optoelektronika s praktickými aplikacemi, jako je design čoček , výroba a testování optických součástí a zpracování obrazu . Některé z těchto oblastí se překrývají, s nejasnými hranicemi mezi předmětovými pojmy, které v různých částech světa a v různých odvětvích znamenají mírně odlišné věci. Profesionální komunita výzkumníků v nelineární optice vznikla v posledních několika desetiletích díky pokroku v laserové technologii [64] .

Lasery

Laser je zařízení, které vydává světlo, druh elektromagnetického záření, prostřednictvím procesu zvaného stimulovaná emise . Termín „ laser“ je zkratkou anglické angličtiny.  Zesílení světla stimulovanou emisí záření [ 65 ] . Laserové světlo je typicky prostorově koherentní , což znamená, že světlo je buď vyzařováno v úzkém paprsku s nízkou divergenci , nebo může být paprskem přeměněno pomocí optických komponent, jako jsou čočky. Protože jako první byl vyvinut mikrovlnný ekvivalent laseru, maser, jsou zařízení, která vyzařují mikrovlnné a rádiové frekvence, běžně označována jako masery .

První fungující laser předvedl 16. května 1960 Theodor Maiman v Hughes Research Laboratories [67] . Když byly poprvé vynalezeny, nazývaly se „řešení hledající problém“ [68] . Od té doby se lasery staly multimiliardovým průmyslem s tisíci aplikacemi v široké škále aplikací. První aplikací laserů viditelnou v každodenním životě běžné populace byl supermarketový snímač čárových kódů , který byl představen v roce 1974. Přehrávač laserových disků , představený v roce 1978, byl prvním úspěšným spotřebitelským produktem, který obsahoval laser, ale CD přehrávač byl prvním zařízením vybaveným laserem, které se od roku 1982 stalo skutečně běžným v domácnostech spotřebitelů [69] . Tato optická paměťová zařízení používají polovodičový laser o šířce menší než jeden milimetr ke skenování povrchu disku za účelem čtení dat. Komunikace pomocí optických vláken je založena na použití laserů pro přenos velkého množství informací rychlostí srovnatelnou s rychlostí světla. Mezi další běžná použití laserů patří laserové tiskárny a laserová ukazovátka . Lasery se používají v lékařství v oblastech, jako je bezkrevní chirurgie , laserová oční chirurgie , laserová imerzní mikrodisekce a ve vojenských aplikacích, jako jsou systémy protiraketové obrany , elektrooptická protiopatření (EOCM) a lidary . Lasery se také používají v hologramech , laserové grafice , laserových světelných show a laserovém odstraňování chloupků [70] .

Kapitza-Diracův efekt

Kapitza -Diracův efekt způsobuje difrakci paprsků částic v důsledku setkání se stojatou vlnou světla. Světelné paprsky mohou být použity k umístění částic hmoty prostřednictvím různých jevů (viz optická pinzeta ).

Aplikace

Optika je součástí každodenního života. Všudypřítomnost vizuálních systémů v biologii ukazuje na ústřední roli optiky jako vědy o jednom z pěti smyslů . Mnoho lidí těží z brýlí nebo kontaktních čoček a optika je nedílnou součástí fungování mnoha spotřebních produktů, včetně fotoaparátů . Duhy a přeludy jsou příklady optických jevů. Optická komunikace poskytuje základ jak pro internet , tak pro moderní telefonii .

Lidské oko

Lidské oko zaostřuje světlo na vrstvu fotoreceptorových buněk zvanou sítnice, která tvoří vnitřní povrch zadní části oka. Ostření se provádí řadou průhledných materiálů. Světlo vstupující do oka nejprve prochází rohovkou, která poskytuje většinu optické síly oka. Světlo pak prochází tekutinou těsně za rohovkou do přední komory a poté prochází zornicí . Světlo pak prochází čočkou , která dále zaostřuje světlo a umožňuje upravit zaostření. Světlo pak prochází objemem tekutiny v oku, sklivcem  , a dosahuje sítnice. Sítnicové buňky pokrývají zadní část oka s výjimkou výstupu zrakového nervu; to vede k existenci slepé skvrny .

Existují dva typy fotoreceptorových buněk, tyčinky a čípky, které jsou citlivé na různé aspekty světla [71] . Tyčinkové buňky jsou citlivé na intenzitu světla v širokém rozsahu frekvencí a jsou proto zodpovědné za černobílé vidění . Tyčinkové buňky nejsou přítomny ve fovee, oblasti sítnice odpovědné za centrální vidění, a nejsou tak citlivé jako buňky čípku na prostorové a časové změny světla. V sítnici je však dvacetkrát více tyčinkových buněk než čípků, protože tyčinkové buňky jsou umístěny na větší ploše. Kvůli čemu jsou tyčinky zodpovědné za periferní vidění [72] .

Naproti tomu čípky jsou méně citlivé na celkovou intenzitu světla, ale existují tři druhy, které jsou citlivé na různé frekvenční rozsahy, a proto se používají pro vnímání barev a fotopické vidění . Čípkové buňky jsou vysoce koncentrované ve fovee a jsou zodpovědné za vysokou zrakovou ostrost, což znamená, že mají lepší prostorové rozlišení než tyčinky. Vzhledem k tomu, že čípky nejsou tak citlivé na slabé světlo jako tyčinky, jsou tyčinky zodpovědné za většinu nočního vidění . Podobně, protože buňky čípku jsou ve fovee, centrální vidění (včetně vidění potřebného pro čtení, práci s malými detaily, jako je šití nebo pečlivé zkoumání předmětů) je prováděno čípky [72] .

Ciliární svaly kolem čočky umožňují upravit zaostření oka. Tento proces je známý jako akomodace . Blízký a vzdálený bod určují nejbližší a vzdálenou vzdálenost od očí, na kterou lze objekt vidět zaostřený. Pro člověka s normálním zrakem je vzdálený bod v nekonečnu (horizont). Umístění nejbližšího bodu závisí na tom, jak moc mohou svaly zvětšit zakřivení čočky a jak se čočka stala věkem neohebnou. Optometristi , oftalmologové a optici obecně považují vhodný blízký bod za bližší než normální čtecí vzdálenost přibližně 25 cm [71] .

Zrakové vady lze vysvětlit pomocí optických principů. Jak stárneme, čočka se stává méně flexibilní a blízký bod se vzdaluje od oka, což je stav známý jako presbyopie . Stejně tak lidé, kteří trpí dalekozrakostí , nedokážou zmenšit ohniskovou vzdálenost svých čoček do bodu, kdy se na jejich sítnici zobrazují blízké objekty. Naopak lidé, kteří nemohou zvětšit ohniskovou vzdálenost svých čoček do takové míry, že se na sítnici zobrazují vzdálené předměty, trpí krátkozrakostí a mají vzdálený bod mnohem blíže než nekonečno (horizont). Stav, známý jako astigmatismus , nastává, když rohovka není sférická, ale zakřivuje se více v jednom směru. To způsobuje, že se horizontálně protáhlé předměty zaměřují na jiné části sítnice než části, na které je zaostřen obraz vertikálně protáhlých předmětů, což má za následek zkreslení obrazu [71] .

Všechny tyto stavy lze korigovat korekčními čočkami . Při presbyopii a dalekozrakosti poskytuje spojná čočka dodatečné zakřivení potřebné k přiblížení blízkého bodu k oku, zatímco u krátkozrakosti poskytuje divergentní čočka zakřivení potřebné k odeslání vzdáleného bodu do nekonečna. Astigmatismus se koriguje cylindrickou čočkou , která se zakřivuje více v jednom směru než ve druhém, aby se kompenzovaly nepravidelnosti rohovky [73] .

Optická mohutnost korekčních čoček se měří v dioptriích , tj. převrácená hodnota ohniskové vzdálenosti měřená v metrech; s kladnou ohniskovou vzdáleností odpovídající sbíhavé čočce a zápornou ohniskovou vzdáleností odpovídající rozbíhavé čočce. U čoček, které také korigují astigmatismus, jsou uvedena tři čísla: jedno pro sférickou mohutnost, druhé pro cylindrickou mohutnost a jedno pro úhel orientace astigmatismu [73] .

Vizuální efekt

Optické iluze (také nazývané zrakové iluze) se vyznačují vizuálně vnímanými obrazy, které se liší od objektivní reality. Informace shromážděné okem jsou zpracovávány v mozku a vnímány jako odlišné od zobrazeného předmětu. Optické iluze mohou být výsledkem různých jevů, včetně fyzických efektů, které vytvářejí obrazy, které se liší od objektů, které je vytvářejí, fyziologických účinků nadměrné stimulace na oči a mozek (např. jas, naklonění, barva, pohyb) a kognitivní iluze, ve kterých oko a mozek dělá nevědomé závěry [74] .

Kognitivní iluze jsou výsledkem nevědomého nesprávného použití určitých optických principů. Například Amesova místnost , Heringova , Müller-Lyerova , Orbisonova , Ponzova , Sanderova a Wundtova iluze spoléhají na předpoklad, že vzdálenost se objevuje se sbíhavými a rozbíhavými liniemi, stejně jako paralelní světelné paprsky (resp. dokonce i jakákoliv sada rovnoběžných čar) se zdá, že se sbíhají k úběžníku v nekonečnu ve 2D obrazech s uměleckou perspektivou [75] . Tento předpoklad je také zodpovědný za slavnou měsíční iluzi , kdy se měsíc, přestože má téměř stejnou úhlovou velikost, zdá mnohem větší blízko obzoru než v zenitu [76] . Tato iluze tak zmátla Ptolemaia , že ji nesprávně připsal atmosférickému lomu, když ji popsal ve svém pojednání Optika [8] .

Jiný typ optické iluze používá defektní vzory k oklamání mysli, aby vnímala symetrie nebo asymetrie, které tam nejsou. Mezi příklady patří stěna kavárny , iluze Zöllner , Ehrenstein , Fraser a Poggendorff . Podobné, ale ne striktně iluze, jsou zákonitosti, které vznikají superpozicí periodických struktur. Například průsvitné látky s mřížkovou strukturou vytvářejí tvary známé jako moaré vzory , zatímco překrývání periodických průsvitných vzorů obsahujících paralelní neprůhledné čáry nebo křivky vede k lineárním moaré vzorům [77] .

Optické přístroje

Jednoduché čočky mají mnoho použití, včetně fotografických čoček , korekčních čoček a lup, zatímco jednotlivá zrcadla se používají v parabolických reflektorech a zpětných zrcátkách . Kombinací více zrcadel, hranolů a čoček vznikají kompozitní optické přístroje, které mají praktické využití. Například periskop  jsou jednoduše dvě plochá zrcadla zarovnaná tak, abyste mohli sledovat své okolí zpoza překážky. Nejznámějšími kompozitními optickými přístroji ve vědě jsou mikroskop a dalekohled, které vynalezli Holanďané na konci 16. století [78] .

Mikroskopy byly nejprve navrženy se dvěma čočkami: čočkou objektivu a okulárem . Objektiv je v podstatě lupa a měl velmi krátkou ohniskovou vzdálenost, zatímco okulár má obvykle delší ohniskovou vzdálenost. Výsledkem jsou zvětšené obrazy blízkých objektů. Obvykle se používá přídavný světelný zdroj, protože zvětšené obrazy jsou slabší kvůli zachování energie a šíření světelných paprsků na větší plochu. Moderní mikroskopy, známé jako složené mikroskopy, mají více čoček (obvykle čtyři) pro optimalizaci funkčnosti a zlepšení stability obrazu [78] . Poněkud jiný druh mikroskopu, srovnávací mikroskop , zkoumá blízké obrazy, aby vytvořil stereoskopický binokulární obraz, který se při použití lidmi jeví jako trojrozměrný [79] .

První dalekohledy, nazývané refrakční dalekohledy, byly také navrženy s jediným objektivem a čočkou okuláru. Na rozdíl od mikroskopu má objektiv dalekohledu dlouhou ohniskovou vzdálenost, aby se zabránilo optickým aberacím. Čočka zaostřuje obraz vzdáleného předmětu v jeho ohnisku, které je upraveno tak, aby bylo v ohnisku okuláru s mnohem kratší ohniskovou vzdáleností. Hlavním účelem dalekohledu není nutně zvětšovat, ale spíše shromažďovat světlo, které je určeno fyzickou velikostí čočky objektivu. Dalekohledy se tedy obvykle označují průměrem jejich objektivů, nikoli zvětšením, které lze měnit přepínáním okulárů. Protože se zvětšení dalekohledu rovná ohniskové vzdálenosti objektivu dělené ohniskovou vzdáleností okuláru, okuláry s kratší ohniskovou vzdáleností způsobí větší zvětšení [78] .

Protože výroba velkých čoček je mnohem obtížnější než výroba velkých zrcadel, většina moderních dalekohledů je odrazovými dalekohledy (reflektory) , tedy dalekohledy, které používají spíše primární zrcadlo než čočku objektivu. Stejné obecné úvahy o geometrické optikě platí pro odrazné dalekohledy, které byly použity u refrakčních dalekohledů, totiž že čím větší je hlavní zrcadlo, tím více světla se zachytí a zvětšení je stále stejné jako ohnisková vzdálenost hlavního zrcadla dělená ohniskem. délka okuláru. Profesionální dalekohledy obvykle nemají okuláry a místo nich je v ohnisku umístěn přístroj (často CCD ) [78] .

Fotografie

Optika fotografie zahrnuje jak objektivy, tak i médium, ve kterém je zaznamenáváno viditelné záření, ať už je to deska , film nebo zařízení s nábojovou vazbou. Fotografové musí počítat s reciprocitou fotoaparátu a záběru, která je vyjádřena poměrem

Expozice ∝ Oblast clony × Doba expozice × Jas scény [80]

Jinými slovy, čím menší je clona (což poskytuje větší hloubku ostrosti), tím méně světla se dostane dovnitř, takže je třeba prodloužit dobu trvání (což vede k možnému rozmazání pohybu). Příkladem použití zákona reciprocity je pravidlo F/16 , které poskytuje hrubý odhad nastavení potřebných k odhadu správné expozice za denního světla [81] .

Clona fotoaparátu se měří bezrozměrným číslem nazývaným f- číslo (relativní clona), často označované jako , a je dáno

kde  je ohnisková vzdálenost a  průměr clony. Podle konvence je „f/#“ považováno za jeden znak a konkrétní hodnoty f/# se zapisují nahrazením znaku libry odpovídající hodnotou. Zvětšení clony lze dosáhnout zmenšením průměru vstupní pupily nebo zvětšením ohniskové vzdálenosti (v případě zoom objektivu to lze provést jednoduše úpravou objektivu). Vyšší clonová čísla mají také větší hloubku ostrosti díky tomu, že se objektiv blíží limitu dírkové komory, která je schopna dokonale zaostřit všechny snímky bez ohledu na vzdálenost, ale vyžaduje velmi dlouhé expoziční časy [82] .

Zorné pole, které objektiv poskytne, se liší v závislosti na ohniskové vzdálenosti objektivu. Existují tři hlavní klasifikace založené na poměru velikosti úhlopříčky filmu nebo velikosti snímače fotoaparátu k ohniskové vzdálenosti objektivu [83] .

  • Normální čočka : Úhel pohledu asi 50° (nazývá se normální , protože tento úhel je považován za zhruba ekvivalentní lidskému vidění [83] ) a ohnisková vzdálenost je přibližně úhlopříčka filmu nebo snímače [84] .
  • Širokoúhlý objektiv : Úhel záběru větší než 60° a kratší ohnisková vzdálenost než u běžného objektivu [85] .
  • Teleobjektiv : Úhel záběru je užší než u běžného objektivu. Jedná se o jakýkoli objektiv s ohniskovou vzdáleností delší, než je úhlopříčka filmu nebo snímače [86] . Nejběžnějším typem teleobjektivu je teleobjektiv , který používá speciální skupinu teleobjektivů , která je fyzicky kratší než jeho ohnisková vzdálenost [87] .

Moderní zoomové objektivy mohou mít některé nebo všechny tyto atributy.

Absolutní hodnota požadované expoziční doby závisí na tom, jak citlivé na světlo je použité médium (měřeno světelnou citlivostí filmu nebo u digitálních médií kvantovou účinností detektoru) [88] . Raná fotografie používala materiály s velmi nízkou citlivostí na světlo, takže expoziční časy musely být dlouhé i pro velmi jasné snímky. Jak se technologie zlepšovala, zvyšovala se i citlivost filmových a digitálních fotoaparátů [89] .

Další výsledky vlnové a geometrické optiky jsou použitelné pro optiku kamer. Například maximální rozlišení konkrétního nastavení kamery je určeno difrakčním limitem spojeným s velikostí otvoru a zhruba řečeno Rayleighovým kritériem [90] .

Atmosférická optika

Jedinečné optické vlastnosti atmosféry dávají vzniknout celé řadě působivých optických jevů. Modrá barva oblohy je přímým důsledkem Rayleighova rozptylu, který přesměrovává sluneční světlo vyšší frekvence (modré) zpět do zorného pole pozorovatele. Vzhledem k tomu, že modré světlo se rozptyluje snadněji než červené, získává slunce při pohledu přes hustou atmosféru, například při východu nebo západu slunce , načervenalý odstín . Další částice v atmosféře mohou rozptylovat různé barvy v různých úhlech a vytvářet barevnou zářící oblohu za soumraku a svítání. Rozptyl ledových krystalů a dalších částic v atmosféře je příčinou halos , dosvitů , korón , slunečních paprsků a parhelia . Rozdíly v jevech tohoto druhu jsou způsobeny různými velikostmi částic a geometrií [91] .

Mirage jsou optické jevy, při kterých se světelné paprsky ohýbají v důsledku teplotních změn indexu lomu vzduchu a vytvářejí posunuté nebo velmi zkreslené obrazy vzdálených objektů. Mezi další dramatické optické jevy s tím spojené patří efekt Nové Země, kdy se zdá, že Slunce vychází dříve, než se předpovídalo, se zkresleným tvarem. Velkolepý tvar v důsledku lomu nastává v teplotní inverzi zvané Fata Morgana , kdy objekty na horizontu nebo dokonce za horizontem, jako jsou ostrovy, skály, lodě nebo ledovce, vypadají protáhle a vyvýšené, jako „pohádkové hrady“ [92] .

Duha je výsledkem kombinace vnitřního odrazu a rozptýleného lomeného světla v kapkách deště. Jediný odraz mnoha dešťových kapek od zadní plochy vytvoří na obloze duhu s úhlovou velikostí 40° až 42° s červenou na vnější straně. Dvojitá duha je vytvořena dvěma vnitřními odrazy v rozsahu od 50,5° do 54° s fialovou na vnější straně. Protože duha je viditelná, když je slunce 180° od středu duhy, je duha viditelnější, čím blíže je slunce k obzoru [60] .

Viz také

Poznámky

 

  1. ↑ McGraw-Hill Encyklopedie vědy a techniky. — 5. — McGraw-Hill, 1993.
  2. ↑ Nejstarší dalekohled světa? , BBC News  (1. července 1999). Archivováno z originálu 1. února 2009. Staženo 3. ledna 2010.
  3. ↑ Hlava T.F. Stručný Oxfordský slovník anglické etymologie . - 1996. - ISBN 978-0-19-283098-2 .
  4. ↑ A History Of The Eye Archivováno z originálu 20. ledna 2012. . stanford.edu. Získáno 2012-06-10.
  5. ↑ TL Heath. Manuál řecké matematiky. — Courier Dover Publications, 2003. — S. 181–182. — ISBN 978-0-486-43231-1 .
  6. ↑ William R. Uttal. Vizuální detekce tvaru v 3-rozměrném prostoru. - Psychology Press, 1983. - S. 25–. — ISBN 978-0-89859-289-4 .
  7. ↑ Euklides. Arabská verze Euklidovy optiky = Kitāb Uqlīdis fī ikhtilāf al-manāẓir . - New York: Springer, 1999. - ISBN 978-0-387-98523-7 .
  8. ↑ 12 Ptolemaios . Ptolemaiova teorie zrakového vnímání: anglický překlad optiky s úvodem a komentářem. - DIANE Publishing, 1996. - ISBN 978-0-87169-862-9 .
  9. ↑ Verma, R. L. (1969), Al-Hazen: otec moderní optiky , Al-Arabi sv . 8: 12–3, PMID 11634474 
  10. ↑ Adamson, Peter (2006). „Al-Kindi¯ a recepce řecké filozofie“ . V Adamson, Peter; Taylor, R. Cambridge společník arabské filozofie. Cambridge University Press. p. 45. ISBN 978-0-521-52069-0 .
  11. ↑ 1 2 Rashed, Roshdi (1990). „Průkopník v anaklastice: Ibn Sahl o hořících zrcadlech a čočkách“. Isis . 81 (3): 464-491. DOI : 10.1086/355456 .
  12. ↑ Podnik vědy v islámu: nové perspektivy . — MIT Press, 2003. — S.  85–118 . - ISBN 978-0-262-19482-2 .
  13. ↑ G. Hatfield. Tradice, Transmission, Transformation: Sborník dvou konferencí o předmoderní vědě konaných na University of Oklahoma  / FJ Ragep ; P. Sally; SJ Livesey. - Brill Publishers, 1996. - S. 500. - ISBN 978-90-04-10119-7 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  14. ↑ Nader El-Bizri (2005). „Filozofický pohled na Alhazenovu optiku“ . Arabské vědy a filozofie . 15 (2): 189-218. DOI : 10.1017/S0957423905000172 .
  15. ↑ Nader El-Bizri (2007). „Na obranu suverenity filozofie: al-Bagdádího kritika geometrizace místa Ibn al-Haythama“ . Arabské vědy a filozofie . 17 :57-80. DOI : 10.1017/S0957423907000367 .
  16. ↑ G. Simon (2006). „Pohled v Ibn al-Haytham“ . Středověký historický žurnál . 9 :89-98. DOI : 10.1177/097194580500900105 .
  17. ↑ Ian P. Howard. Binokulární vidění a stereoopsie  / Ian P. Howard, Brian J. Rogers. - Oxford University Press, 1995. - S. 7. - ISBN 978-0-19-508476-4 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  18. ↑ Elena Agazzi. Reprezentace světla napříč uměními a vědami: Teorie a praxe  / Elena Agazzi, Enrico Giannetto, Franco Giudice. - V&R unipress GmbH, 2010. - S. 42. - ISBN 978-3-89971-735-8 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  19. ↑ DC Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler , (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), str. 94-99.
  20. ↑ Vincent, Ilardi. Renesanční vize od brýlí po dalekohledy . — Philadelphia, PA: American Philosophical Society, 2007. — S.  4–5 . — ISBN 978-0-87169-259-7 .
  21. ↑ Henry C. King. Historie dalekohledu. - Courier Dover Publications, 2003. - ISBN 978-0-486-43265-6 .
  22. ↑ Paul S. Agutter. Myšlení o životě: Historie a filozofie biologie a jiných věd. - Springer, 2008. - ISBN 978-1-4020-8865-0 .
  23. ↑ Ilardi, Vincent. Renesanční vize od brýlí po dalekohledy . - 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. Renesanční vize od brýlí po dalekohledy . - Americká filozofická společnost, 2007. - S.  244 . — ISBN 978-0-87169-259-7 .
  26. ↑ Caspar, Kepler , str. 198-202 Archivováno {{{2}}}. , Courier Dover Publications, 1993, ISBN 0-486-67605-6 .
  27. ↑ A.I. Sabra. Teorie světla, od Descarta po Newtona. - Archiv CUP, 1981. - ISBN 978-0-521-28436-3 .
  28. ↑ WF Magie. Zdrojová kniha ve fyzice . — Harvard University Press, 1935.
  29. ↑ J. C. Maxwell (1865). „Dynamická teorie elektromagnetického pole“. Filosofické transakce Královské společnosti v Londýně . 155 : 459-512. Bibcode : 1865RSPT..155..459C . DOI : 10.1098/rstl.1865.0008 .
  30. ↑ Pro solidní přístup ke složitosti Planckových intelektuálních motivací pro kvantum, pro jeho neochotné přijímání jeho důsledků viz H. Kragh, Max Planck: the reluctant revolutionary Archived 1 April 2012 at the Wayback Machine , Physics World . prosince 2000.
  31. ↑ Einstein, A. K heuristickému pohledu na produkci a přeměnu světla // Stará kvantová teorie . - Pergamon, 1967. - S.  91-107 . Kapitola je anglickým překladem Einsteinova článku z roku 1905 o fotoelektrickém jevu.
  32. ↑ Einstein, A. (1905). „Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt“. Annalen der Physik [ německy ] ]. 322 (6): 132-148. Bibcode : 1905AnP...322..132E . DOI : 10.1002/andp.19053220607 .
  33. ↑ „O konstituci atomů a molekul“ . Filosofický časopis . 26, řada 6: 1-25. 1913. Archivováno z originálu dne 2007-07-04 . Staženo 2021-06-30 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda ). Památník , kterým se pokládá Bohrův model atomu a molekulární vazby .
  34. ↑ R. Feynman. Kapitola 1 // QED: Podivná teorie světla a hmoty. - Princeton University Press, 1985. - ISBN 978-0-691-08388-9 .
  35. ↑ N. Taylor. LASER: Vynálezce, laureát Nobelovy ceny a třicetiletá patentová válka. - Simon & Schuster, 2000. - ISBN 978-0-684-83515-0 .
  36. ↑ Používá se v aproximaci geometrické optiky
  37. ↑ Ariel Lipson. Optická fyzika  / Ariel Lipson, Stephen G. Lipson, Henry Lipson. - Cambridge University Press, 28. října 2010. - S. 48. - ISBN 978-0-521-49345-1 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  38. ↑ Arthur Schuster. Úvod do teorie optiky . - E. Arnold, 1904. - S.  41 .
  39. ↑ JE Greienkamp. Terénní průvodce geometrickou optikou. SPIE Field Guides sv. FG01 . - SPIE, 2004. - S. 19–20. - ISBN 978-0-8194-5294-8 .
  40. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Mladý. Univerzitní fyzika: Rozšířená verze o moderní fyziku . - 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. Optika . — 2. - Addison Wesley, 1987. - ISBN 978-0-201-11609-0 . kapitoly 5 a 6.
  43. ↑ M. V. Klein & T. E. Furtak, 1986, Optics, John Wiley & Sons, New York ISBN 0-471-87297-0 .
  44. ↑ M. Born a E. Wolf (1999). Princip optiky . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-64222-1 .
  45. ↑ J. Goodman. Úvod do Fourierovy optiky . — 3. - Roberts & Co Publishers, 2005. - ISBN 978-0-9747077-2-3 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  46. ↑ A.E. Siegman. lasery . - Univerzitní vědecké knihy, 1986. - ISBN 978-0-935702-11-8 . kapitola 16.
  47. ↑ 1 2 3 H.D. Mladá. Univerzitní fyzika 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitola 37
  48. ↑ 1 2 P. Hariharan. Optická interferometrie . - Academic Press, 2003. - ISBN 978-0-12-325220-3 . Archivováno 6. dubna 2008 na Wayback Machine
  49. ↑ ER Hoover. Cradle of Greatness: Národní a světové úspěchy západní rezervace Ohio. — Shaker Savings Association, 1977.
  50. ↑ R. Hook. Micrographia: aneb Některé fyziologické popisy nepatrných těl vyrobených lupou . - J. Martyn a J. Allestry, 1665. - ISBN 978-0-486-49564-4 .
  51. ↑ H. W. Turnbull (1940–1941). „Časné skotské vztahy s královskou společností: I. James Gregory, FRS (1638-1675)“. Poznámky a záznamy Královské společnosti v Londýně . 3 :22-38. DOI : 10.1098/rsnr.1940.0003 .
  52. ↑ T. Rothman . Všechno je relativní a jiné bajky ve vědě a technice . - Wiley, 2003. - ISBN 978-0-471-20257-8 .
  53. ↑ 1 2 3 4 H.D. Mladá. Univerzitní fyzika 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitola 38
  54. ↑ RS Longhurst. Geometrická a fyzikální optika, 2. vydání. — Longmans, 1968.
  55. ↑ C. F. Bohren. Absorpce a rozptyl světla malými částicemi / CF Bohren, DR Huffman. - Wiley, 1983. - ISBN 978-0-471-29340-8 .
  56. ↑ JD Jackson. Klasická elektrodynamika . — 2. - Wiley, 1975. - S.  286 . - ISBN 978-0-471-43132-9 .
  57. ↑ 1 2 R. Ramaswami. Optické sítě: Praktická perspektiva  / R. Ramaswami, KN Sivarajan. - London: Academic Press, 1998. - ISBN 978-0-12-374092-2 . Archivováno 10. května 2021 na Wayback Machine
  58. ↑ Brillouin, Leon. Šíření vln a skupinová rychlost . Academic Press Inc., New York (1960)
  59. ↑ M. Born . Princip optiky  / 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. Mladá. Univerzitní fyzika 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 . Kapitola 34
  61. ↑ FJ Duarte. Laditelná laserová optika . - CRC, 2015. - ISBN 978-1-4822-4529-5 . Archivováno 2. dubna 2015 na Wayback Machine
  62. ↑ D.F. Walls a G.J. Milburn Quantum Optics (Springer 1994)
  63. ↑ Alastair D. McAulay. Optické počítačové architektury: aplikace optických konceptů na počítače nové generace . - Wiley, 16. ledna 1991. - ISBN 978-0-471-63242-9 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  64. ↑ YR Shen. Principy nelineární optiky. - New York, Wiley-Interscience, 1984. - ISBN 978-0-471-88998-4 .
  65. ↑ laser . reference.com. Získáno 15. května 2008. Archivováno z originálu dne 31. března 2008.
  66. ↑ Umělá hvězda VLT , snímek týdne ESO . Archivováno z originálu 3. července 2014. Staženo 25. června 2014.
  67. ↑ CH Townes. První laser . University of Chicago. Získáno 15. 5. 2008. Archivováno z originálu 17. 5. 2008.
  68. ↑ CH Townes . První laser // Století přírody: Dvacet jedna objevů, které změnily vědu a svět  / Laura Garwin ; Tim Lincoln. — University of Chicago Press, 2003. — S.  107–112 . - ISBN 978-0-226-28413-2 .
  69. ↑ Jak bylo CD vyvinuto , BBC News  (17. srpna 2007). Archivováno z originálu 7. ledna 2012. Staženo 17. srpna 2007.
  70. ↑ J. Wilson. Lasery: Principy a aplikace, 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. Optika lidského oka / D. Atchison, G. Smith. - Elsevier, 2000. - ISBN 978-0-7506-3775-6 .
  72. ↑ 12 E.R. _ Kandel. Principy neurovědy  / ER Kandel, JH Schwartz. - McGraw-Hill, 2000. - ISBN 978-0-8385-7701-1 .
  73. ↑ 1 2 D. Meister. Design oční čočky . OptiCampus.com. Získáno 12. listopadu 2008. Archivováno z originálu 27. prosince 2008.
  74. ↑ J. Bryner. Klíč ke všem objeveným optickým iluzím . LiveScience.com (2. června 2008). Archivováno z originálu 5. září 2008.
  75. ↑ Geometrie úběžného bodu archivována 22. června 2008. v Konvergenci Archivováno z originálu 13. července 2007.
  76. ↑ „The Moon Illusion Explained“ Archivováno 4. prosince 2015. , Don McCready, University of Wisconsin-Whitewater
  77. ↑ A. K. Jain. Metody minimalizace energie v počítačovém vidění a rozpoznávání vzorů. - ISBN 978-3-540-42523-6 .
  78. ↑ 1 2 3 4 H.D. Mladá. 36 // Vysokoškolská fyzika 8e . - Addison-Wesley, 1992. - ISBN 978-0-201-52981-4 .
  79. ↑ P.E. Nothnagle. Úvod do stereomikroskopie . Nikon MicroscopyU. Archivováno z originálu 16. září 2011.
  80. ↑ Samuel Edward Sheppard. Investigations on the Theory of the Photographic Process  / Samuel Edward Sheppard, Charles Edward Kenneth Mees. - Longmans, Green and Co., 1907. - S.  214 .
  81. ↑ BJ Suess. Zvládnutí černobílé fotografie . - Allworth Communications, 2003. - ISBN 978-1-58115-306-4 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  82. ↑ MJ Langford. Základní fotografie . - Focal Press, 2000. - ISBN 978-0-240-51592-2 .
  83. ↑ 12 Warren , Bruce. fotografie . - Cengage Learning, 2001. - S. 71. - ISBN 978-0-7668-1777-7 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  84. ↑ Leslie D. Stroebel. Zobrazit techniku ​​fotoaparátu . - Focal Press, 1999. - ISBN 978-0-240-80345-6 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  85. ↑ S. Simmons. Použití kamery View Camera . - Amphoto Books, 1992. - S.  35 . — ISBN 978-0-8174-6353-3 .
  86. ↑ Sidney F. Ray. Aplikovaná fotografická optika: čočky a optické systémy pro fotografii, film, video, elektronické a digitální zobrazování . - Focal Press, 2002. - S. 294. - ISBN 978-0-240-51540-3 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  87. ↑ Zaměstnanci New York Times. The New York Times Guide to Essential Knowledge . - Macmillan, 2004. - ISBN 978-0-312-31367-8 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  88. ↑ R. R. Carlton. Principy radiografického zobrazování: umění a věda . - Thomson Delmar Learning, 2000. - ISBN 978-0-7668-1300-7 . Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine
  89. ↑ W. Crawford. Strážci světla: Historie a pracovní průvodce ranými fotografickými procesy . - Morgan & Morgan, 1979. - ISBN 978-0-87100-158-0 .
  90. ↑ JM Cowley. Fyzika difrakce. - Amsterdam : North-Holland, 1975. - ISBN 978-0-444-10791-6 .
  91. ↑ CD Ahrens. Meteorologie dnes: úvod do počasí, klimatu a životního prostředí . - West Publishing Company, 1994. - ISBN 978-0-314-02779-5 .
  92. ↑ A. Mladý. Úvod do Mirages . Archivováno z originálu 10. ledna 2010.

Učebnice a studijní příručky

Společnost

Literatura

  • B. M. Yavorsky a A. A. Detlaf Handbook of Physics. — M .: Nauka , 1971.
  • Akhmanov S. A. , Nikitin S. Yu. Fyzikální optika. - M. : MGU , 2004. - ISBN 5-211-04858-X  - 656 s.
  • Fotografická optika Volosov D.S. Teorie, základy konstrukce, optické vlastnosti. - M .: Umění , 1978. - 543 s.

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
 Sekce optiky
Související pokyny