Optika

Optika – fizikos mokslo šaka, tirianti šviesos elgesį ir savybes, taip pat šviesos sąveiką su materija. Optika nagrinėja regimosios, infraraudonos ir ultravioletinės šviesos elgesį. Tačiau šviesa yra elektromagnetinės bangos ir tokie pat reiškiniai stebimi ir Rentgeno spindulių, mikrobangų, radijo bangų ir kitose elektromagnetinės spinduliuotės spektro srityse. Taigi optiką galima laikyti elektromagnetizmo poskyriu. Kai kuriuose optiniuose reiškiniuose pasireiškia kvantinė šviesos prigimtis, taip susiejant optiką su kvantine mechanika. Praktikoje absoliuti optinių reiškinių dauguma aprašoma pasinaudojant elektromagnetiniu artiniu ir jo pagrindu – Maksvelo lygtimis.

 Istorija 

Žmogus pradėjo domėtis šviesos reiškiniais ir juos stebėti labai seniai. Pirmąsias susistemintas ir apibendrintas žinias apie šviesos reiškinius ir jų aiškinimą graikų filosofas Euklidas (V–VI a. pr. m. e.) išdėstė dviejuose veikaluose – „Optikoje“ ir „Katoprikoje“. Vėliau Aristotelis (384–332 m. pr. m. e.) ir Ptolemėjus (II a.) išnagrinėjo šviesos lūžimo dėsnius. Kas yra šviesa ilgą laiką buvo neaišku. Kai kurie graikų filosofai teigė, kad šviesa išeina iš stebėtojų akių, apšviečia kūnus ir dėl to mes galime matyti. Šis teiginys nepasitvirtino, nes tamsoje akys nemato.

Atomistų Epikūro (341–270 m. pr. m. e.), Liukrecijaus Karo (apie 99–55 m. pr. m. e.) ir kitų raštuose užtinkame šviesos dalelių (korpuskulių) pradmenis. Jie teigė, kad šviesa yra iš daiktų išspinduliuojamos plonos plėvelės, vadinamos „kopijomis“, t. y. akis kūnus mato todėl, kad jie patys spinduliuoja ir atspindi tas daiktų „kopijas“, kurios patekusios į akį sukelia šviesos įspūdį.

Anglų mokslininkas I. Niutonas (1643–1727 m.), apibendrindamas visas turimas žinias apie šviesą, paskelbė hipotezę, pagal kurią šviečiantis kūnas skleidžia labai mažas šviesos daleles – „korpuskules“, lekiančias labai dideliu greičiu. Pagal šią teoriją, šviesa yra šviečiančio kūno išmestų korpuskulių srautas

1690 m. Hiugensas išsakė principą, pagal kurį bet kurį bangos fronto tašką reikia laikyti naujos elementarios sferinės bangos šaltiniu.

 Taikymas 

Optikos atradimai taikomi:
 mikroskopuose,
 akiniuose,
 fotografijoje.

 Optikos šakos 
Bendriausias optikos skirstymas yra į klasikinę ir kvantinę. Klasikinės optikos dėsniai seka iš Maksvelio lygčių. Jos pagrindiniai poskyriai yra geometrinė ir bangų optikos. Kvantinė optika remiasi kvantinės mechanikos dėsniais ir yra bendresnė teorija, apimanti didesnį reiškinių skaičių.
Toliau pateikiamos optikos rūšys pagal jų bendrumą – aprašomų reiškinių skaičių.
 Geometrinė optika  Šviesos sklidimas aprašomas spindulių pagalba. Spinduliai gali lūžti sklisdami per dviejų skirtingo lūžio rodiklio medžiagų ribą, atsispindėti nuo šios ribos. Spinduliai gali užlinkti, jei medžiagos lūžio rodiklis priklauso nuo padėties medžiagoje. Geometrinė optika yra pakankamai grubus artinys, kuriame nekreipiama dėmesio į tokius reiškinius kaip difrakcija, interferencija ar tokią šviesos savybę kaip poliarizacija. Tačiau šis artinys dažnai praktikoje yra pakankamas ir naudojamas kuriant ar modeliuojant įvairius optinius prietaisus, pavyzdžiui, lęšius, akis, akinius, fotoaparatus ir t. t.
 Bangų optika  Ši optikos sritis remiasi Frenelio ir Hiugenso principu ir aprašo tokius reiškinius kaip dispersiją, interferenciją, difrakciją, poliarizaciją, šviesos absorbciją, šviesos sklaidą. Šviesa šiuo atveju yra laikoma banga ir nagrinėjama jos amplitudės ir fazės kitimas sklindant. Spręsti uždavinius pasinaudojant pilnu banginės optikos aprašymu yra sudėtinga, todėl dažnai naudojamasi artiniais. Ši optikos sritis negali paaiškinti tokių reiškinių kaip fotoefektas.
Reiškiniai nagrinėjami klasikinėje optikoje
 Koherentiškumas
 Šviesos difrakcija
 Šviesos dispersija
 Šviesos poliarizacija
 Atspindys
 Šviesos lūžis
 Šviesos sklaida
 Šviesos interferencija.

 Netiesinė optika optikos skyrius, nagrinėjantis optinius reiškinius medžiagose, kuriose indukuojamas netiesinis poliarizacinis atsakas dėl itin intensyvaus šviesos lauko. Pagrindiniai šios šakos tyrinėjimo objektai yra įvairūs parametriniai reiškiniai, kurių metu keičiamas šviesos dažnis (antrosios harmonikos generacija, parametrinė šviesos generacija), netiesinės sklaidos (priverstinė Ramano sklaida, priverstinė Brijueno sklaida), ar šviesos sugertis skaidriose medžiagose (dvifotonė sugertis).
 Kvantinė optika  Bendriausias optikos poskyris, nagrinėjantis reiškinius, kuriuose, sąveikaujant šviesai ir medžiagai, reiškiasi elementariųjų sistemų kvantinės savybės, pavyzdžiui, fotoefektą, lazerį, supainiotas šviesos būsenas, lėtą šviesą.

 Taip pat skaitykite 

 Fizika
 Apšvietimo technologijų istorija: šviesos šaltinio – lempos vystymasis