optik

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Panel med optisk udstyr, 1728 Cyclopaedia

Optik (fra oldtidens græske ὀπτικός optikós 'tilhører se'), også kaldet teorien om lys, er et felt af fysik og tilbud med udbredelsen af lys og dens vekselvirkning med stof, især i forbindelse med optiske billeder .

Lys forstås generelt at betyde den synlige del af det elektromagnetiske spektrum i området 380 nm og 780 nm (790 THz til 385 THz). I fysikken udvides udtrykket lys undertiden til usynlige områder med elektromagnetisk stråling og omfatter generelt også infrarødt lys eller ultraviolet lys . Imidlertid gælder mange principper og metoder for klassisk optik også uden for området for synligt lys. Dette gør det muligt at overføre fundene fra optikken til andre spektrale områder, for eksempel røntgenstråling (se røntgenoptik ) samt mikro- og radiobølger .

Selv stråler af ladede partikler bevæger sig ofte i elektriske eller magnetiske felter i henhold til optiklovene (se elektronoptik ).

Underområder inden for optik

Den første optiske afhandling af Johannes Kepler , Ad Vitellionem paralipomena quibus astronomiae pars optica traditur , 1604

Der skelnes mellem to klassiske metoder til lysudbredelse: bølgeoptik og geometrisk optik . Bølgeoptik er baseret på lysets bølgetype. Lovene for geometrisk optik gælder i tilfælde af, at det optiske systems dimensioner er meget store i forhold til lysets bølgelængde. Hvis dimensionerne af komponenterne er små i forhold til bølgelængden, taler man om mikrooptik .

En vigtig optisk subdisciplin er kvanteoptik , der omhandler interaktionerne mellem lys og stof. Lysets kvantiserede karakter spiller en særlig vigtig rolle.

Derudover er ikke-lineær optik (hvor lyset i modsætning til lineær optik påvirker det omgivende medium og derved forårsager yderligere effekter) og Fourier-optik af teoretisk og teknisk interesse. Et tværfagligt underområde er atmosfærisk optik , hvor lysfænomener i jordens atmosfære undersøges.

Geometrisk optik

Eksempel på en strålebane ved hjælp af Kepler -teleskopet

I geometrisk optik tilnærmes lyset af idealiserede stråler. Lysets vej, for eksempel gennem et optisk instrument, konstrueres ved at følge strålens vej. Snells refraktionslov beskriver lysets brydning ved grænseflader mellem gennemsigtige medier med forskellige brydningsindeks (på overflader af linser eller prismer ). Med refleksionspejle og med total refleksion gælder reglen om, at indfaldsvinklen er den samme som refleksionsvinklen. Denne metode kan bruges til at behandle billeder , f.eks. Gennem linser eller linsesystemer ( mikroskop , teleskop , objektiv ) og de billeddannelsesfejl, der opstår i processen. En vigtig tilnærmelse er den paraxiale optik , som kan udledes af en linearisering af Snells refraktionslov, og som definerer vigtige udtryk som brændvidde og billedskala .

Bølgeoptik

Diffraktion ved slidsen i henhold til Huygens -princippet

Bølgeoptik er det optiske område, der beskæftiger sig med lysets bølgetype. Det forklarer fænomener, der ikke kan forklares ved geometrisk optik, da lysets bølgeegenskaber er relevante for dem. For eksempel er geometrisk optik i princippet ideel billeddannelse mulig, hvorimod bølgeoptik viser, at der er en grundlæggende grænse for opløsningen på grund af diffraktionseffekter ; dette skal blandt andet tages i betragtning ved fotolitografiske procestrin i fremstillingen af ​​moderne integrerede kredsløb . Vigtige elementer i bølgeoptik er:

Bølgeoptik kan også beskrive effekter, der afhænger af lysets bølgelængde; man taler generelt om spredning . (Eksempel: “Hvorfor er himlen blå?” ) Afhængigt af ovennævnte mekanisme skal der bruges meget forskellige modeller til beskrivelsen, hvilket fører til meget forskellige bølgelængdeafhængigheder.

Krystaloptikken og magnetooptikken bygger på bølgeoptikken.

Overfladefænomener

Brydning af lys i prismespektrometeret; Delvis refleksion på begge brydningsflader som en bivirkning

Interaktionen af lys med reelle (dvs. ikke- idealiserede ) overflader er vigtig for human visuel perception , men er endnu ikke blevet fuldt forstået. Det vigtige er remissionen , dvs. absorptionen af en del af lyset og refleksion, transmission eller spredning af den resterende del af spektret. Refleksion og transmission kan beskrives ved lysets brydning ved grænsefladerne. Igen skal der tages hensyn til en bølgelængdeafhængighed for de fleste mekanismer, dvs. deres spredning .

Nogle overflader, såsom menneskelig hud, er delvist gennemsigtige i de øverste hudlag, så der ikke er en optisk reflekterende overflade, men et reflekterende lag. En abstrakt beskrivelse af de optiske processer på sådanne overflader er kompliceret, og en af ​​grundene til, at computergenererede billeder kan fremstå kunstige.

Det menneskelige øje

Øjet er det menneskelige optiske sanseorgan ; det evaluerer lysstimulering af forskellige bølgelængder ved fotoreceptorerne for at skabe handlingspotentiale sekvenser af nethindeens ganglionceller . Fysiologisk optik beskæftiger sig med øjets optik og struktur. I medicin omtales den medicin, der påvirker øjet, som oftalmisk optik eller optometri som måling af det visuelle område . Synsprocessen kan kun delvist forklares ved hjælp af optik. Hjernen spiller en stor rolle i dette, fordi den først behandler information til det, vi kalder at se. Men denne del falder til biologi. Alle transparente dele af øjet fungerer sammen som et enkelt konvergerende objektiv og skaber et stærkt reduceret, omvendt, ægte billede.

Historie om visuelle hjælpemidler

Sakseglas i fransk empirestil omkring 1805

Visby -linserne fra det 11. århundrede fundet på Gotland er knyttet til oprindelsen af visuelle hjælpemidler . Nogle af disse objektiver kan konkurrere med nutidens objektiver med hensyn til billedkvalitet. Visby -linsers oprindelse er uklar trods en detaljeret analyse, men forarbejdningen af stenkrystal var allerede udbredt i det 11. århundrede.

Den arabiske lærde Ibn Al-Haitham (996-1038) skrev om vision, brydning (optik) og refleksion i sin bog "Treasure of Optics". [1] [2] Omkring 1240 blev bogen oversat til latin . Hans idé om at støtte øjet med polerede linser var genial. Europæiske munke tog denne idé op og fremstillede senere halvkugleformede planokonvekse linser til visuelle hjælpemidler ( læsesten ) end i Orienten.

Teknisk optik

Design, layout og fremstilling af optiske systemer omtales som teknisk optik og er i modsætning til fysisk optik en del af ingeniørvidenskaberne , da fokus her er på betonkonstruktion og fremstilling af optiske enheder og opfattelsen af ​​specifik stråle stier. Vigtige repræsentanter for denne disciplin var blandt andre Johannes Kepler , Eustachio Divini [3] (1610–1685), Joseph von Fraunhofer og Ernst Abbe .

Det repræsenterer en væsentlig forbindelse mellem delområderne optisk måleteknologi , laserteknologi og teoretisk optik (herunder mikrooptik , belysningsteknologi eller fiberoptik ). Teknisk optik bruges i projektionsteknologi , holografi og fotografering samt i spektroskopi .

De vigtigste byggeelementer, komponenter og enheder er angivet nedenfor.

Optiske komponenter

Optiske komponenter

Optiske enheder

Kendte optikere

Kendte optikere var Ernst Abbe , Alhazen , Laurent Cassegrain , John Dollond , Peter Dollond , Benjamin Franklin , Joseph von Fraunhofer , Hans-Joachim Haase , Hans Lipperhey , Zacharias Janssen , Christiaan Huygens , Johannes Kepler , Antoni van Leeuwenhoek , Johann Nathanael Lieberkühn , Dmitri Dmitrijewitsch Maksutow , Isaac Newton , Josef Maximilian Petzval , Hermann Pistor , Carl Pulfrich , Christoph Scheiner , Bernhard Schmidt , Ludwig Seidel og August Sonnefeld .

Se også

litteratur

Weblinks

Wikibooks: Optik - lærings- og undervisningsmateriale
Wiktionary: optik - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser
Wikibooks: Formel collection optics - lærings- og undervisningsmateriale
Wikibooks: Digitale billeddannelsesprocesser - lærings- og undervisningsmateriale
Commons : Optik - samling af billeder, videoer og lydfiler

Individuelle beviser

  1. Abu-'Ali Al-Hasan Ibn Al-Haytham: Kitab-al-Manazir. (Tysk: "Optikens skat").
  2. ^ Ian P. Howard: Grundlæggende mekanismer . Porteous, Toronto 2002, ISBN 0-9730873-0-7 , s.   16   ff . ( Se i dybden. Bind 1).
  3. ^ SA Bedini, AG Bennett: 'En afhandling om optik' af Giovanni Christoforo Bolantio. I: Ann. Sc. , Bind 52, 1995, s. 103-126.