Tabulka klíšťat, 1728 Cyklopedie
Optika (vzhled nebo vzhled ve starověké řečtině) je odvětví fyziky, které popisuje chování a vlastnosti světla a interakci světla s hmotou. Optika vysvětluje a je osvětlena optickými jevy.
Obor optiky obvykle popisuje chování viditelného, infračerveného a ultrafialového světla; nicméně protože světlo je elektromagnetická vlna, dochází k analogickým jevům v rentgenovém záření, mikrovlnách, rádiových vlnách a dalších formách elektromagnetického záření. Optiku lze tedy považovat za dílčí pole elektromagnetismu. Některé optické jevy závisejí na kvantové povaze světla a jako takové jsou některé oblasti optiky také spojeny s kvantovou mechanikou. V praxi lze drtivou většinu optických jevů vysvětlit použitím elektromagnetického popisu světla, jak je popsáno v Maxwellových rovnicích.
Optika jako obor je však často považována za do značné míry oddělenou od fyzikální komunity. Má svou vlastní identitu, společnosti a konference. Čistě vědecké aspekty oboru se často nazývají optická věda nebo optická fyzika. Aplikované optické vědy se často nazývají optické inženýrství. Aplikace optického inženýrství související specificky s osvětlovacími systémy se nazývají osvětlovací inženýrství. Každý z těchto oborů bývá zcela odlišný ve svých aplikacích, technických dovednostech, zaměření a odborném zaměření. Novější inovace v optickém inženýrství jsou často kategorizovány jako fotonika nebo optoelektronika. Hranice mezi těmito obory a „optikou“ jsou často nejasné a termíny se používají různě v různých částech světa a v různých oblastech průmyslu.
Vzhledem k široké aplikaci vědy o „světle“ na aplikace v reálném světě bývají oblasti optické vědy a optického inženýrství velmi interdisciplinární. Optická věda je součástí mnoha příbuzných oborů včetně elektrotechniky, fyziky, psychologie, medicíny (zejména oftalmologie a optometrie) a dalších. Navíc nejkompletnější popis optického chování, jak ho zná fyzika, je pro většinu problémů zbytečně komplikovaný, proto se používají zvláštní zjednodušené modely. Tyto omezené modely adekvátně popisují podskupiny optických jevů, přičemž ignorují chování nepodstatné a/nebo nezjistitelné pro systém zájmu.
Geometrická optika neboli paprsková optika popisuje šíření světla ve smyslu „paprsků“.
Paprsky jsou ohnuty na rozhraní mezi dvěma rozdílnými médii a mohou být zakřiveny v médiu, v němž je index lomu funkcí polohy.
„Paprsek“ v geometrické optice je abstraktní objekt, který je kolmý na vlnové fronty skutečných optických vln. Geometrická optika poskytuje pravidla pro šíření těchto paprsků prostřednictvím optického systému, který ukazuje, jak se bude skutečné vlnové fronty šířit. Všimněte si, že se jedná o významné zjednodušení optiky a nezohledňuje mnoho důležitých optických efektů, jako je difrakce a polarizace.
Geometrická optika je často ještě více zjednodušena paraximální aproximací. Matematické chování se pak stává lineárním, což umožňuje popisovat optické komponenty a systémy jednoduchými maticemi. To vede k technikám Gaussovy optiky a paraxiálního raytracingu, které se používají k nalezení vlastností prvního řádu optických systémů, jako jsou přibližné pozice obrazu a objektů a zvětšení.
Šíření Gaussova paprsku je expanze paraxiální optiky, která poskytuje přesnější model koherentního záření jako laserové paprsky. Zatímco se stále používá paraxiální aproximace, tato technika částečně zohledňuje difrakci, což umožňuje přesné výpočty rychlosti, jakou se laserový paprsek rozpíná se vzdáleností, a minimální velikosti, na kterou může být paprsek zaostřen. Šíření Gaussova paprsku tak překlenuje mezeru mezi geometrickou a fyzikální optikou.
Fyzikální optika modeluje šíření komplexních vlnových front prostřednictvím optických systémů, včetně amplitudy i fáze vlny. Tato technika, která se obvykle používá numericky na počítači, může počítat s difrakcí, interferencí a polarizačními efekty, stejně jako s aberacemi a dalšími komplexními efekty. Obecně se však stále používají aproximace, takže se nejedná o úplný model teorie elektromagnetických vln šíření světla. Takový úplný model by byl (v současnosti) příliš výpočetně náročný na to, aby byl užitečný pro většinu problémů, i když některé drobné problémy lze analyzovat pomocí kompletních vlnových modelů.
Témata související s klasickou optikou
Moderní optika zahrnuje oblasti optické vědy a inženýrství, které se staly populárními ve 20. století. Tyto oblasti optické vědy se obvykle vztahují k elektromagnetickým nebo kvantovým vlastnostem světla, ale zahrnují i jiná témata.
Témata související s moderní optikou
Optika je součástí každodenního života. Příkladem optických jevů jsou duhy a přeludy. Mnoho lidí má prospěch z brýlí nebo kontaktních čoček a optika se používá v mnoha spotřebním zboží včetně fotoaparátů.
Klasická mechanika · Elektromagnetismus · Termodynamika · Statistická mechanika · Kvantová mechanika · Relativita · Fyzika vysokých energií · Fyzika kondenzovaných hmot · Atomová, molekulární a optická fyzika