Optika

Optika (q.yun. ὀπτική "görünənlər haqında elm") — işığın yaranma mexanizmini, təbiətini, onun yayılma və maddə ilə qarşılıqlı təsir qanunlarını öyrənən fizika bölməsi. İşıq dedikdə dalğa uzunluğu 0,01÷10⁵ nm aralığında yerləşən elektromaqnit dalğaları başa düşülür. Dalğa uzunluqları 400÷760 nm intervalında yerləşən elektromaqnit dalğaları gözə görmə təsiri göstərir və bu səbəbdən görünən işıq adlanır. Optikanı şərti olaraq aşağıdakı bölmələrə ayırmaq olar:

Həndəsi optika
Dalğa optikası
Molekulyar optika
Kvant optikası

Bir çox hallarda optikanın həndəsi optikadan başqa qalan bölmələrini birlikdə fiziki optika adlandırırlar.

Optika elmi astronomiya, müxtəlif mühəndislik sahələri, fotoqrafiya və tibb (oftalmologiya və xüsusən də fizioloji optika adlanan optometriya) daxil olmaqla bir çox fənlərlə əlaqəli şəkildə öyrənilir. Optikanın praktiki tətbiqləri müxtəlif texnologiyalarda və gündəlik əşyalarda, o cümlədən güzgülər, linzalar, teleskoplar, mikroskoplar, lazerlər və lifli optikada mövcuddur.

Klassik optika

Klassik optika iki əsas budağa ayrılır: həndəsi optika və dalğa optikası. Həndəsi optikada işığa şüa kimi, dalğa optikasında isə elektromaqnit dalğası kimi baxılır. Şüa dedikdə işıq enerjisinin yayılma istiqamətini müəyyən edən xətt başa düşülür.

Həndəsi optika, istifadə olunan işığın dalğa uzunluğu modelləşdirilən sistemdəki optik elementlərin ölçüsündən çox kiçik olduqda, tətbiq olunan dalğa optikasının approksimasiyası hesab edilə bilər.

Həndəsi optika

Həndəsi optika və ya şüa optikası işığın yayılma, qayıtma və sınma qanunlarını, bu qanunlara əsaslanmaqla müxtəlif növ obyektlərdə və optik cihazlarda işıq şüalarının yollarını müəyyənləşdirilməklə və optik cihazların işləmə prinsipinin nəzəri əsaslarını işləyib hazırlamaqla məşğul olan elm sahəsidir. Həndəsi optikanın qanunlarını aşağıdakı kimi ümumiləşdirmək olar:

İşıq şüalarının qayıtması və sınması

İşıq şüası iki şəffaf mühiti ayıran sərhədə düşdükdə qayıdan və sınan şüalara ayrılır.

Qayıtma qanununa görə düşən şüa, qayıdan şüa və şüanın düşmə nöqtəsindən səthə qaldırılan perpendikulyar bir müstəvi üzərindədir, qayıtma bucağı düşmə bucağına bərabərdir.

Sınma qanununa görə düşən şüa, sınan şüa və şüanın düşmə nöqtəsindən iki mühitin sərhədinə qaldırılmış perpendikulyar bir müstəvi üzərindədir, düşmə bucağı sinusunun sınma bucağı sinusuna olan nisbəti verilmiş iki mühit üçün sabit kəmiyyətdir:

${\frac {\sin {\theta _{1}}}{\sin {\theta _{2}}}}=n$

burada $n$ nisbi sındırma əmsalı adlanır. Sındırma əmsalının qiyməti şüanın düşmə bucağından asılı olmayıb, verilmiş iki mühitin xassələrindən asılıdır.

Mühitin vakuuma nəzərən sındırma əmsalı mütləq sındırma əmsalı adlanır. Mütləq sındırma əmsalı işığın vakuumdakı sürətinin verilmiş mühitdəki sürətindən neçə dəfə böyük olduğunu göstərir:

$n={c \over v}$

Yaxınlaşmalar

Həndəsi optika tez-tez paraksial yaxınlaşma və ya "kiçik bucaq yaxınlaşması" yanaşmasından istifadə edərək sadələşdirilir. Nəticədə bizi maraqlandıran riyazi əməliyyatlar xətti olur ki, bu da sadə matrislərdən istifadə edərək optik komponentləri və sistemləri təsvir etməyə imkan verir. Bu, təsvirin və obyektin təxmini mövqeyi və böyüdülməsi kimi optik sistemlərin əsas xüsusiyyətlərini təyin etmək üçün istifadə olunan Qauss optikası və paraksial şüa izləmə üsullarına gətirib çıxarır.

Müasir optika

20-ci əsrdə məşhurlaşmışdır. Optika və mühəndislik sahələrində istifadə olunur. Bu sahə optikanın elektromaqnit və ya işıq kvantına aiddir, lakin digər fənlərə də daxil edilə bilər. Müasir optikanın mühüm alt qolu olan kvant optikası xüsusilə işıq kvantının mexaniki xassələri ilə maraqlanır. Kvant optikası təkcə nəzəri deyil; bəzi müasir cihazlar, məsələn, lazerlər, kvant mexanikasına əsaslanan iş prinsiplərinə malikdir. Fotoçoxaldıcılar və kanaltron kimi işıq detektorları fərdi fotonlara malikdir.cavablar. CCD kimi elektron görüntü sensorları fərdi foton tutma hadisələrinin təsvir statistikasını göstərir. İşıq yayan diodlar və fotovoltaik elementlər kvant mexanikası olmadan başa düşülə bilməz. Bu cihazların işi çox vaxt kvant optikasından kvant elektronikası ilə üst-üstə düşür.

Optika tədqiqatının xüsusi sahələrinə işığın kristal optika və metamateriallar kimi xüsusi materiallarla necə qarşılıqlı təsir göstərdiyinə dair tədqiqatlar daxildir. Digər tədqiqatlar elektromaqnit dalğalarının fenomenologiyasına, məsələn, sinqulyar optika, qeyri-təsvir optikası, qeyri-xətti optika, statistik optika və radiometriyaya yönəlmişdir. Bu gün saf elmi optikanı optik elmdən və ya optik fizikanı optika mühəndisliyindən ayırmaq lazımdır, bunlar optik elmlər adlanır. Tanınmış alt yazılarla optika mühəndisliyi; buraya işıqlandırma mühəndisliyi, fotonika və optoelektronika, linzaların dizaynı, istehsalı və sınaq optikası və təsvirin işlənməsi kimi praktik tətbiqləri daxildir.