אופטיקה

אוֹפְּטִיקָה היא תחום בפיזיקה המתאר את התכונות וההתנהגות של האור, ואת יחסי הגומלין בין אור לחומר. האופטיקה נוכחת בחיי היום יום ומאפשרת לתאר ולהסביר תופעות אופטיות נפוצות ומוכרות כמו פעולת העין האנושית ועדשות המשקפיים, המראה, ההשתקפות המיקרוסקופ והטלסקופ. תופעות רבות המתרחשות בטבע כמו מראה הקשת בענן, פאטה מורגנה, ההילה סביב הירח או השמש, "כלבי השמש", הבזק הירוק ועוד מקורן בתהליכים אופטיים. תחום האופטיקה מוקדש בדרך כלל לתיאור התנהגות הקרינה על פני הספקטרום האלקטרומגנטי אשר כלולים בו האור נראה, אור תת-אדום ואור על-סגול, וכן גם סוגים נוספים של קרינה אלקטרומגנטית כמו קרני רנטגן, קרינת מיקרוגל וגלי רדיו; לפיכך ניתן להתייחס לאופטיקה כאל תת-תחום של אלקטרומגנטיות. מספר תופעות אופטיות תלויות בטבעו הקוונטי של האור, ולפיכך תחומים מסוימים באופטיקה קשורים גם למכניקת הקוונטים. עם זאת, אופטיקה, כתחום מחקר מדעי, נחשבת באופן כללי לנפרדת מקהילת המחקר הפיזיקלי; יש לה זהות משלה, עם עמותות וועידות מדעיות משלה. ההיבטים המדעיים גרידא של אופטיקה נקראים לעיתים מדע האופטיקה או אופטיקה פיזיקלית. תחום האופטיקה היישומית נקרא לעיתים הנדסה אופטית. הנדסה אופטית יישומית העוסקת במערכות תאורה נקראת הנדסת תאורה. לכל אחד מתחומי מחקר ועיסוק אלה יש יישומים משלו, מיומנויות טכניות נפרדות, מוקדי עניין שונים וקשרים מקצועיים נפרדים. בשל החשיבות הרבה של "מדע האור" ליישומים מעשיים, תחום מדע האופטיקה וההנדסה האופטית נוטים להיות מאוד רב-תחומיים. ניתן למצוא עיסוק במדע האופטיקה כחלק מתחומים רבים ושונים, כגון הנדסת חשמל, פיזיקה, רפואה, ועוד. מקור המילה היא מיוונית עתיקה: ops – עין, optikos – הקשור לראייה. ראשית מדע האופטיקה וחקר מדע האור בימי תור הזהב של האסלאם בימי הביניים; באותה העת, נעשו מחקרים של איבן סהל (Ibn Sahl) ואיבן אל-היית'ם על עדשות, מהות האור ותופעות אופטיות נוספות כמו הנפיצה, האור והצל, צבע האור בשקיעה, אשליית ההגדלה של השמש והירח הסמוכים לאופק, ליקוי החמה והקשת בענן. האור באותה תקופה נחשב לעשוי מחלקיקים. במאה ה־18 ניתנו הסברים לתופעות רבות הקשורות לאור באמצעות התורה הגלית. בתחילת המאה ה־20 התבסס עיקרון דואליות גל-חלקיק וההבנה כי האור הוא גם גל וגם חלקיק, כתלות בתופעה אותה חוקרים. במחצית השנייה של המאה ה־20 התפתחה האלקטרודינמיקה הקוונטית, אשר מסבירה באופן בסיסי יותר את מהות האור באמצעות שדות קוונטיים, ושימושית בעיקר בתדירויות גבוהות מאוד של האור (קרני גמא). אם כן, כיום ידועות שלוש דרכים שבהן ניתן להציג את האור: כקרן. כך הוא מתואר באופטיקה הגאומטרית. כגל (גל אלקטרומגנטי). כך הוא מתואר באופטיקה הפיזיקלית. כחלקיק (פוטון). כך הוא מתואר באופטיקה הקוונטית. תופעה אופטית היא תופעה שמקורה בתכונותיו של האור. בין התופעות האופטיות ניתן למנות: שבירת אור החזרה פנימית מלאה שבירה כפולה נפיצה עקיפה לזירה (הפקת קרינת לייזר) התאבכות ערך מורחב – אופטיקה גאומטרית אופטיקה קלאסית (או אופטיקה גאומטרית) היא תחום באופטיקה המתאר את התקדמות האור במונחים של קרני אור. קרני אור משנות כיוון בנקודות מגע בין שני תווכים שונים, והן עשויות להיות עקומות בתווך בו מקדם השבירה הוא פונקציה של המיקום. הקרן באופטיקה גאומטרית ניצבת לחזית הגל באופטיקה פיזיקלית. שקיפות שבירת אור החזרת אור החזרה מלאה שבירה כפולה עקיפה פיזור אור קיטוב (פולריזציה) אופטיקת פורייה עיקרון פרמה עדשה מראה מנסרה זכוכית מגדלת התאבכות מכשור אופטי הטיית אור אופטיקה מודרנית היא הכינוי המקובל לתחומי המחקר באופטיקה שנעשו פופולריים במהלך המאה ה־20. תחומי מחקר אלה נוגעים בדרך-כלל במאפיינים האלקטרומגנטיים והקוונטיים של האור, אולם הם כוללים גם נושאים אחרים. אופטיקה קוונטית לייזר הולוגרפיה מעבד אופטי אופטיקה לא ליניארית אופטיקה פיזיקלית אופטיקת פורייה אופטיקה של שכבות דקות ננו-פוטוניקה רדיומטריה פוטומטריה אופטיקת גבישים אופטיקה סטטיסטית אופטיקת פרנל אופטיקה משתברת אופטיקת גל מונחה אופטיקה משולבת מיקרו אופטיקה התחומים הבאים נוגעים במדע האופטיקה, או שמדע האופטיקה מהווה נדבך חשוב בהם: מערכת הראייה האנושית מערכות תקשורת אופטיות סיב אופטי עיבוד תמונה צילום תורת המידע מדע החומרים מעבד אופטי פוטואלסטיות זיהוי תבניות קולורימטריה (מדע הצבעים) הנדסת תאורה אור עין אנושית אופטומטריה אופטיקה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) אופטיקה, דף שער בספרייה הלאומית ראו הרחבה בערכים: אור ופוטון. 1.2: Electromagnetic Theory of Optics and Quantum Optics, Physics LibreTexts, ‏2021-11-22 (באנגלית) SPIE - the international society for optics and photonics, spie.org (באנגלית) Optica (formerly OSA), Optica.org ד"ר תמר עילם גינדין, בלשנות כלכלית: אופציות אופטימיות לראש השנה, באתר ynet, 10 בספטמבר 2010