اپتیک یعنی چه؟!

[SonBol]

اپتیک و زندگی

از همان بدو خلقت اپتیک نقش و تأثیر خودش را در زندگی داشته و از همان اوایل نیز بررسیها و مطالعات در این زمینه شروع و اختراعاتی به ثبت رسیده است، یکی از شاخه‌های اساسی فیزیک در تمام سطوح تحصیلی ، اپتیک می‌باشد. اغلب شما در زندگی روزمره پدیده‌های اپتیکی و وسایل اپتیکی (قطعات نوری) را دیده و بکار گرفته‌اید.

مثلاً کنجکاو هستید بدانید که

عدسیها چی هستند و چگونه کار می‌کنند؟
آینه‌ها چگونه می‌تواند نور خورشید را متمرکز کند؟
یک جسم چرا رنگی دیده می‌شود؟
رنگین کمان چگونه تشکیل می‌شود؟
سرخی آسمان از چیست؟ و هزاران پدیده دیگر ... .

علم اپتیک (Optic)

برخیها دنبال این هستند که چرایی این پدیده‌ها را پیدا کنند، اما برخیها دنبال ابزارهایی هستند که این پدیده‌ها را مشاهده کنند. علم جدید پیشنهاد می‌کند که هر دو گروه بایستی خودش را به معادله عدسی نازک ، قوانین اسنل ، چگونگی ردیابی پرتو و ... مجهز نماید. یک فرد کنجکاو وفتی پدیده اپتیکی را می‌بیند سریعاً دنبال طراحی دستگاههای اپتیکی می‌رود.

اما باید بدانیم که بدون مجهز شدن به علم اپتیک نمی‌توانیم سیستمی اپتیکی بسازیم. پیشنهاد می‌کنیم که وقایع تجربی اپتیک را مشاهده کنیم و با ملاحظات نظری اپتیک مقدماتی آنها را بیان نماییم، سپس با ارائه ایده خود دنبال وسایل اپتیکی و ساخت آنها و یا چگونگی کار کردشان باشیم.

سیر تحولی اپتیک کلاسیک و مدرن

اپتیک از دیدگاههای مختلف بررسی شده ، بنابه لحاظ رشد تاریخی و پیشرفت علم ما آنها را در زیر لیست می‌کنیم. چون شروع اپتیک با مشاهده مستقیم بود، اولین آن اپتیک هندسی که اکثر پدیده‌های نوری را نیز در خود دارد. بیشتر سعی و تلاش دانشمندان اولیه بررسی و مطالعه اپتیک هندسی و توجیه پدیده‌های اپتیکی با این روش بود که پیشرفتها و اختراعات ارزنده‌ای را به دنبال داشت.

با کشف برخی پدیده‌های اپتیکی که اپتیک هندسی قادر به توضیح آنها نبود، با کشف ماهیت موجی نور دانشمندان اپتیک موجی را دنبال کردند. باید بپذیریم که با این رشد سریع علم و ظهور مکانیک کوانتومی و الکترودینامیک تمام پدیده‌های اپتیکی با نمایشهای قبلی قابل بررسی نخواهند بود که بالاخره اپتیک کوانتومی به توسط دانشمندان عصر جدید پایه گذاری شد.

هرکدام از نمایشهای اپتیکی اخیر قابل بررسی هستند و نتایج خوبی را ارائه می‌دهند و هر کدام پدیده‌های خاصی را توضیح می‌دهند و از این لحاظ این دیدگاه‌ها مکمل هم بوده و یکی از آنها کمبودهای دیگران را جبران می‌کند. در تمام نمایشهای اخیر اپتیک سرعت نور در خلا یا هوا یکسان است و مقدار عددی آن 300000 کیلو متر بر ثانیه می‌باشد.

[SonBol]

تقسیمات اپتیک

اپتیک هندسی

این علم قادر است اکثر پدیده‌های اپتیک کلاسیک را که به ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی مربوط می‌شود را مورد برسی و مطالعه قرار دهد. این علم کاربردهای وسیعی در زندگی روزمره و مصارف عمومی دارد. بهتر است بدانید که پدیده‌های اولیه‌ای که در اپتیک کشف و ضبط شد، تماما به فرم کلاسیکی بود و قبول داشته باشید که فرمولبندی کلی اپتیک کلاسیک همان فرمولبندی اپنیک هندسی است. جهت معرفی اپتیک هندسی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:


اصول و مباحث اپتیک هندسی و تئوریهای مورد نیاز
معادلات و محاسبات مربوطه
قطعات اپتیکی (اجزا ی نوری) تشکیل دهنده تمام سیستمهای نوری
دستگاههای نوری و مکانیزم حاکم بر آنها
اپتیک موجی
با پیشرفت روز افزون علم و ظهور دانشمندانی همچون دوبروی و ماکسول و کشف پدیده‌های موجی و مشخص شدن ماهیت امواج ، دانشمندان بر این آمدند که پدیده‌های جدید اپتیکی را با فرمالیسم جدیدی تشریح نمایند که به لحاظ ماهیت زیر ساختی این علم برایش اپتیک موجی اسم دادند. جهت معرفی اپتیک موجی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:


اصول و مباحث اپتیک موجی و تئوریهای مورد نیاز
معادلات میدان (معادلات ماکسول) ، معادله موج ، سرعت الکترومغناطیسی نور ، شدت نور ، تداخل ، پراش و محاسبات مربوطه
ابزارها و اجزای موجی اولیه تمام سیستمهای موجی
دستگاههای موجی و مکانیزم حاکم بر آنها

اپتیک کوانتومی

ظهور پدیده‌های مدرن در اپتیک که حتی اپتیک موجی هم نتوانست از عهده توجیه آن بر آید، دانشمندان جدیدی را به عرصه فیزیک نوین معرفی کرد که برای بررسی و توصیف پدیده‌های جدید نمایش جدیدی از علم در دنیای میکروسکوپیک ارائه دادند که به مکانیک کوانتومی معروف است و شامل اپتیک کوانتومی نیز می‌باشد، که قادر است پدیده‌های اپتیک مدرن را توصیف نماید. جهت معرفی اپتیک کوانتومی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:
اصول و مباحث اپتیک کوانتومی مورد نیاز
مبانی کوانتوم ، تئوریهای کوانتوم ، محاسبات کوانتومی ، تابع موج کوانتومی ، احتمالات کوانتومی ، قوانین نسبیت و محاسبات مربوطه
ابزارها و قطعات اولیه کلیه سیستمهای کوانتومی
دستگاههای کوانتومی اپتیک و مکانیزم حاکم بر آنها