A geometriai és a fizikai optika megértése lehetővé teszi számunkra a fény részecske és hullám aspektusából fakadó jelenségek tanulmányozását.
A fény tulajdonságai
A fény elektromágneses hullámként halad az űrben és mint részecskék. Ennek eredményeként részecske-hullám kettősség, amikor a fizikusok az optikával (a fény tanulmányozásával) foglalkoznak, az alkalmazástól függően a fény terjedésére kétféle módon kell gondolniuk.
Ha a fény olyan jellemzőire gondolunk, mint az interferencia, a polarizáció vagy a szín, akkor a fény keresztirányú hullámfrontként történő leírása az út. De amikor teleszkópot vagy korrekciós lencsét építenek, és meghatározzák, hogy a fény hogyan fog visszaverődni, megtörni és sugárzással a legjobb megoldás az, ha a fényre úgy gondolunk, mint az úgynevezett egyenes vonalakban mozgó részecskékre sugarak.
Hullámoptika és a fény hullámelmélete
A fizikai optika vizsgálata a fény hullámtermészetét használja az olyan jelenségek megértésére, mint a diffrakciós rácsokon és a spektroszkópián áthaladó fényhullámok által okozott interferencia minták. A fizikai optika az 1800-as években számos kulcsfontosságú felfedezés után felszállt, többek között Sir Frederick William Herschel által a látható spektrumon kívüli fény létezett.
A fizikai optikában a fény keresztirányú hullámfrontként jelenik meg, mint például a szinuszos vagy "S-görbe", amely szintén címerekkel és vályúkkal (magas és mélypontok). Ennél a modellnél a fényhullámok ugyanazokat a szabályokat követik, mint a többi keresztirányú hullám - frekvenciájuk és hullámhosszuk megegyezik fordítottan arányos a hullámsebesség-egyenlet miatt, és a hullámfrontok ott zavarják egymást, ahol vannak keresztezik.
Például két címer (csúcspont) vagy két vályú (mélypont), amelyek átfedik egymást, zavarják konstruktívan, így az általános címer magasabb vagy az általános mélyedés alacsonyabb lesz. Ahol a hullámfrontok fázison kívül találkoznak - egy címer és egy vályú együtt -, akkor beavatkoznak rombolóan, teljesen vagy részben törlik egymást.
A fény hullámként való gondolkodása szintén kulcsfontosságú az elektromágneses fénytípusok közötti különbségek megértéséhez spektrum, például a rádió, a látható és a röntgensugár közötti különbség, mivel ezeket a típusokat hullámuk szerint osztályozzák tulajdonságait. Ez azt is jelenti, hogy a fény hullámként való kezelése fontos a fizikai fizikai optikában, mivel ez a spektrum látható részének egy részhalmaza.
Geometriai optika és sugárkövetés
A geometriai optikában a fizikusok a fény részecske jellegét használják arra, hogy sugárként ismert egyenes vonalakban ábrázolják annak útját. A geometriai optikát jóval hosszabb ideig használják, mint a fizikai optikát, mivel az emberek megtanulták, hogyan tervezzenek ilyen eszközöket hajlítsa meg és fókuszálja a fényt olyan célokra, mint a távcsövek és a korrekciós lencsék készítése, még mielőtt megértették volna, milyen fényt volt. 1600-ra mindennapos volt a lencsék őrlése az emberi látás segítése céljából.
A fénysugarakat egyenes vonalakként rajzolják ki, amelyek egy fényforrásból származnak, és jelzik a fény haladási irányát. A sugárdiagram segítségével több reprezentatív fénysugár útját mutatják be, amikor azok visszaverődnek, megtörnek és átjutnak különböző anyagokat annak érdekében, hogy meghatározzák az olyan méréseket, mint a gyújtótávolság, valamint az eredmény nagysága és tájolása kép.
A fénysugarak útjának követésével a fizikusok jobban megérthetik az optikai rendszereket, ideértve a képalkotást vékony lencsékben és síktükrökben, optikai szálakban és más optikai eszközökben. Tekintettel a hosszú múltra, mint terület, a geometriai optika számos jól ismert törvényhez vezetett arról, hogy mennyire könnyű pattog és hajlik, talán a leghíresebb a törés törvénye (Snell törvénye) és a visszaverődés törvénye.