Optik Fisik vs. Optik Geometris: Definisi & Perbedaan

Pemahaman tentang optik geometris dan fisik memungkinkan kita untuk mempelajari fenomena yang dihasilkan dari aspek partikel dan gelombang cahaya.

Cahaya merambat melalui ruang sebagai gelombang elektromagnetik dan sebagai partikel. Akibatnya dualitas gelombang partikel, ketika fisikawan bekerja dengan optik (studi tentang cahaya), mereka harus memikirkan perambatan cahaya dalam salah satu dari dua cara, tergantung pada aplikasinya.

Ketika berpikir tentang karakteristik cahaya seperti interferensi, polarisasi atau warna, menggambarkan cahaya sebagai muka gelombang transversal adalah cara yang tepat. Tetapi ketika membangun teleskop atau lensa korektif dan menentukan bagaimana cahaya akan memantulkan, membiaskan dan mentransmisikan, pilihan terbaik adalah menganggap cahaya sebagai berkas partikel yang bergerak dalam garis lurus yang disebut sinar.

Studi optik fisik menggunakan sifat gelombang cahaya untuk memahami fenomena seperti pola interferensi yang disebabkan oleh gelombang cahaya yang melewati kisi difraksi dan spektroskopi. Optik fisik mulai berkembang pada tahun 1800-an setelah beberapa penemuan penting, termasuk keberadaan cahaya di luar spektrum yang terlihat oleh Sir Frederick William Herschel.

Dalam optik fisik, cahaya direpresentasikan sebagai muka gelombang transversal, seperti sinusoidal atau "S-curve" yang juga menggambarkan gelombang berjalan melalui air dengan puncak dan palung (tinggi dan poin rendah). Dengan model ini, gelombang cahaya mengikuti aturan yang sama seperti gelombang transversal lainnya – frekuensi dan panjang gelombangnya adalah berbanding terbalik karena persamaan kecepatan gelombang, dan muka gelombang saling berinterferensi di mana mereka memotong.

Misalnya, dua puncak (titik tinggi) atau dua lembah (titik rendah) yang tumpang tindih mengganggu secara konstruktif, masing-masing membuat puncak keseluruhan lebih tinggi atau palung keseluruhan lebih rendah. Di mana muka gelombang bertemu di luar fase – puncak dan lembah bersama – mereka berinterferensi secara destruktif, baik sepenuhnya atau sebagian membatalkan satu sama lain.

Memikirkan cahaya sebagai gelombang juga merupakan kunci untuk memahami perbedaan antara jenis cahaya dalam elektromagnetik spektrum, seperti perbedaan antara radio, sinar tampak dan sinar-x, karena jenis-jenis tersebut diklasifikasikan berdasarkan gelombangnya properti. Ini juga berarti memperlakukan cahaya sebagai gelombang adalah penting dalam optik fisik warna, karena itu adalah bagian dari bagian spektrum yang terlihat.

Dalam optik geometris, fisikawan menggunakan sifat partikel cahaya untuk mewakili jalurnya dalam garis lurus yang dikenal sebagai sinar. Optik geometris telah digunakan jauh lebih lama daripada optik fisik, karena orang telah belajar bagaimana merancang perangkat yang membengkokkan dan memfokuskan cahaya untuk tujuan seperti membuat teleskop dan lensa korektif jauh sebelum mereka memahami cahaya apa dulu. Pada 1600, lensa gerinda untuk tujuan membantu penglihatan manusia adalah hal biasa.

Sinar cahaya digambarkan sebagai garis lurus yang berasal dari sumber cahaya dan menunjukkan arah perjalanan cahaya. Diagram sinar digunakan untuk menunjukkan jalur beberapa sinar cahaya representatif saat mereka memantulkan, membiaskan, dan mentransmisikan melalui bahan yang berbeda untuk menentukan pengukuran seperti panjang fokus dan ukuran serta orientasi yang dihasilkan gambar.

Dengan menelusuri jalur sinar cahaya, fisikawan dapat lebih memahami sistem optik termasuk pembentukan gambar pada lensa tipis dan cermin datar, serat optik dan instrumen optik lainnya. Mengingat sejarahnya yang panjang sebagai bidang, optik geometris telah menghasilkan beberapa hukum terkenal tentang bagaimana cahaya memantul dan menekuk, mungkin yang paling terkenal adalah hukum pembiasan (hukum Snell) dan hukum pemantulan.