ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์

ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์ (physical optics) หรือ ทัศนศาสตร์คลื่น (wave optics) เป็นสาขาหนึ่งของทัศนศาสตร์ในวิชาฟิสิกส์ และเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ต่าง ๆ เช่น การแทรกสอด การเลี้ยวเบน และ โพลาไรเซชัน ซึ่งไม่สามารถใช้การอธิบายในทางทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตได้ อย่างไรก็ตาม มักจะไม่รวมถึงปรากฏการณ์ที่จัดอยู่ในหมวดหมู่ของทฤษฎีอาพันธ์ เช่น สัญญาณรบกวนเชิงควอนตัม และ การสื่อสารด้วยเส้นใยนำแสง

หลักการ 
คำว่า "ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์" บางครั้งก็ใช้เพื่อหมายถึง การประมาณความถี่สูง ที่ใช้กันทั่วไปในทัศนศาสตร์ วิศวกรรมไฟฟ้า และ ฟิสิกส์เชิงประยุกต์ ในกรณีดังกล่าว ถือเป็นวิธีการที่อยู่ระหว่างทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต ซึ่งไม่สนใจธรรมชาติความเป็นคลื่นของแสง และ ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอธิบายว่าแสงเป็นคลื่นโดยสมบูรณ์ ที่ใช้คำว่า "ฟิสิกส์" ก็เนื่องจากมีลักษณะเชิงฟิสิกส์มากกว่าเชิงเรขาคณิตหรือ ไม่ใช่เพราะเป็นทฤษฎีทางฟิสิกส์ล้วน ๆ

การประมาณนี้เริ่มจากพิจารณาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายในคลื่นแสง แล้วทำการหาปริพันธ์เพื่อคำนวณสนาแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผ่านหรือกระเจิง ซึ่งในถ้ามองในทางกลศาสตร์ควอนตัมนี่จะอธิบายได้ด้วยการประมาณของบอร์น

การประมาณนี้เป็นวิธีทั่วไปในการประมาณผลคร่าว ๆ ของการเลี้ยวเบนในทัศนศาสตร์

ในวิศวกรรมวิทยุ ใช้เพื่อประเมินปรากฏการณ์อย่างคร่าว ๆ ที่คล้ายกับปรากฏการณ์ทางแสงที่ปรากฏในเสาอากาศแบบสะท้อน หรือ การกระเจิงของเรดาร์  ในสาขานี้ การประมาณด้วยทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์จะอธิบายกระแสไฟฟ้าที่จะปรากฏใน ระนาบสัมผัสของวัสดุที่คล้ายกับวัสดุที่เป็นส่วนประกอบของวัตถุที่คลื่นวิทยุตกกระทบ โดยมองว่าเป็นกระแสไฟฟ้าบนตัวกระจายในแต่ละจุดบนคลื่น กระแสในพื้นที่เงาจะถือว่าเป็นศูนย์ สนามกระเจิงโดยประมาณนั้นได้มาจากการรวมกระแสเหล่านี้เข้าด้วยกัน ใช้ได้ดีสำหรับวัตถุนูนเรียบลื่นขนาดใหญ่และพื้นผิวที่มีการสะท้อนแสงต่ำ

แม้ว่าจะอธิบายการสะท้อน การแทรกสอด การเลี้ยวเบน และโพลาไรเซชันได้ถูกต้องไม่มากก็น้อย แต่ก็ค่อนข้างไม่ถูกต้องในย่านที่ห่างจากขอบเขตเชิงทัศนศาสตร์ และไม่สามารถอธิบายการพึ่งพิงโพลาไรเซชันของการเลี้ยวเบนได้ เนื่องจากเป็นการประมาณค่าความถี่สูง จึงมักจะแม่นยำในขอบเขตคลื่นวิทยุมากกว่า

เทคนิคที่คล้ายกันคือทฤษฎีการเลี้ยวเบนของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต ข้อบกพร่องบางประการของการประมาณทางทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์ที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้ทฤษฎีการเลี้ยวเบนของแสงเชิงเรขาคณิต แต่ในทางกลับกัน ข้อบกพร่องของทฤษฎีการเลี้ยวเบนของเลนส์เชิงเรขาคณิตบางครั้งสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการประมาณด้วยทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์

อ้างอิง 

 
 
 "A Double-Edge-Diffraction Gaussian-Series Method for Efficient Physical Optics Analysis of Dual-Shaped-Reflector Antennas", Antennas and Propagation, August 2005, p. 2597
 "The physical optics method in electromagnetic scattering" J. S. Asvestas, Journal of Mathematical Physics, February 1980, Volume 21, Issue 2, pp. 290-299

แม่เหล็กไฟฟ้า
ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์
ทัศนศาสตร์