Optik

Optik ist der Zweig der Physik, die mit dem Verhalten und den Eigenschaften des Lichtes, einschließlich seiner Wechselwirkungen mit der Sache und dem Aufbau von Instrumenten verbunden ist, die verwenden oder es entdecken. Optik beschreibt gewöhnlich das Verhalten des sichtbaren, ultravioletten und infraroten Lichtes. Weil Licht eine elektromagnetische Welle, andere Formen der elektromagnetischen Radiation wie Röntgenstrahlen, Mikrowellen ist, und Funkwellen ähnliche Eigenschaften ausstellen.

Die meisten optischen Phänomene können darüber erklärt werden, die klassische elektromagnetische Beschreibung des Lichtes zu verwenden. Abgeschlossene elektromagnetische Beschreibungen des Lichtes sind jedoch häufig, schwierig, in der Praxis zu gelten. Praktische Optik wird gewöhnlich mit vereinfachten Modellen getan. Der allgemeinste von diesen, geometrischer Optik, behandelt Licht als eine Sammlung von Strahlen, die in Geraden und Kurve reisen, wenn sie durchgehen oder von Oberflächen nachdenken. Physische Optik ist ein umfassenderes Modell des Lichtes, das Welle-Effekten wie Beugung und Einmischung einschließt, die in der geometrischen Optik nicht verantwortlich gewesen werden kann. Historisch wurde das Strahl-basierte Modell des Lichtes zuerst entwickelt, vom Welle-Modell des Lichtes gefolgt. Der Fortschritt in der elektromagnetischen Theorie hat im 19. Jahrhundert zur Entdeckung geführt, dass leichte Wellen tatsächlich elektromagnetische Radiation waren.

Einige Phänomene hängen von der Tatsache ab, dass Licht sowohl Welle ähnliche als auch einer Partikel ähnliche Eigenschaften hat. Die Erklärung dieser Effekten verlangt Quant-Mechanik. Wenn man die einer Partikel ähnlichen Eigenschaften des Lichtes denkt, wird das Licht als eine Sammlung von Partikeln genannt "Fotonen" modelliert. Quant-Optik befasst sich mit der Anwendung der Quant-Mechanik zu optischen Systemen.

Optische Wissenschaft ist dafür wichtig und in vielen zusammenhängenden Disziplinen einschließlich Astronomie, verschiedener Technikfelder, Fotografie und Medizin (besonders Augenheilkunde und optometry) studiert. Praktische Anwendungen der Optik werden in einer Vielfalt von Technologien und täglichen Gegenständen, einschließlich Spiegel, Linsen, Fernrohre, Mikroskope, Laser und Faser-Optik gefunden.

Geschichte

Optik hat mit der Entwicklung von Linsen durch die alten Ägypter und Mesopotamians begonnen. Die frühsten bekannten Linsen wurden von poliertem Kristall, häufig Quarz gemacht, und sind schon in 700 v. Chr. für assyrische Linsen wie die Layard/Nimrud Linse datiert worden. Die alten Römer und Griechen haben Glasbereiche mit Wasser gefüllt, um Linsen zu machen. Diesen praktischen Entwicklungen wurde von der Entwicklung von Theorien des Lichtes und der Vision von alten griechischen und Indianerphilosophen, und der Entwicklung der geometrischen Optik in der Greco-römischen Welt gefolgt. Die Wortoptik kommt aus dem alten griechischen Wort, Äußeres oder Blick bedeutend.

Die griechische Philosophie auf der Optik ist unten in zwei gegenüberliegende Theorien darüber zerfallen, wie Vision, die "Einführungsmissionstheorie" und die "Emissionstheorie" gearbeitet hat. Die Einführungsmissionsannäherung hat gesehen Vision als Ankunft aus Gegenständen, die Kopien von sich wegwerfen (hat eidola genannt), die durch das Auge gewonnen wurden. Mit vielen Verbreitern einschließlich Democritus, Epicurus, Aristoteles, Galens und ihrer Anhänger, scheint diese Theorie, etwas Kontakt mit modernen Theorien dessen zu haben, wie Vision wirklich ist, aber es ist nur Spekulation geblieben, die an jedem experimentellen Fundament Mangel hat.

Plato hat zuerst die Emissionstheorie, die Idee artikuliert, dass Sehwahrnehmung durch durch die Augen ausgestrahlte Strahlen vollbracht wird. Er hat sich auch über die Paritätsumkehrung von Spiegeln in Timaeus geäußert. Ein Hundert einige Jahre später hat Euklid eine Abhandlung genannt die Optik geschrieben, wo er Vision mit der Geometrie verbunden hat, geometrische Optik schaffend. Er hat seine Arbeit an der Emissionstheorie von Plato gestützt, worin er die mathematischen Regeln der Perspektive beschrieben hat und die Effekten der Brechung qualitativ beschreibt, obwohl er infrage gestellt hat, dass ein Lichtstrahl vom Auge sofort die Sterne jedes Mal anzünden konnte, als jemand geblinkt hat. Ptolemy, in seiner Abhandlungsoptik, hat eine extramission-intromission Theorie der Vision gehalten: Die Strahlen (oder Fluss) vom Auge haben einen Kegel, der Scheitelpunkt gebildet, der innerhalb des Auges und der Basis ist, die das Gesichtsfeld definiert. Die Strahlen waren empfindlich, und haben Information zurück zum Intellekt des Beobachters über die Entfernung und Orientierung von Oberflächen befördert. Er hat viel Euklid zusammengefasst und hat fortgesetzt, eine Weise zu beschreiben, den Winkel der Brechung zu messen, obwohl er gescheitert hat, die empirische Beziehung dazwischen und dem Einfallswinkel zu bemerken.

Während des Mittleren Alters wurden griechische Ideen über die Optik wieder belebt und von Schriftstellern in der moslemischen Welt erweitert. Einer der frühsten von diesen war Al-Kindi (c. 801-73), wer über die Verdienste von Aristotelischen und Euklidischen Ideen von der Optik geschrieben hat, die Emissionstheorie bevorzugend, seitdem es optisches Phänomen besser messen konnte. In 984 hat der persische Mathematiker Ibn Sahl die Abhandlung "Über brennende Spiegel und Linsen", geschrieben, richtig ein Gesetz der zum Gesetz von Snell gleichwertigen Brechung beschreibend. Er hat dieses Gesetz verwendet, um optimale Gestalten für Linsen und gebogene Spiegel zu schätzen. Am Anfang des 11. Jahrhunderts hat Alhazen (Ibn al-Haytham) das Buch der Optik (Kitab al-manazir) geschrieben, in dem er Nachdenken und Brechung erforscht hat und ein neues System vorgeschlagen hat, um Vision und Licht zu erklären, das auf der Beobachtung und dem Experiment gestützt ist. Er hat die "Emissionstheorie" der Ptolemäischen Optik mit seinen Strahlen zurückgewiesen, durch das Auge ausgestrahlt werden, und hat stattdessen die Idee dass Licht vorgebracht, das in allen Richtungen in Geraden von allen Punkten der Gegenstände widerspiegelt ist, die ansehen werden, und ist dann ins Auge eingegangen, obwohl er unfähig war, den richtigen Mechanismus dessen zu erklären, wie das Auge die Strahlen gewonnen hat. Die Arbeit von Alhazen wurde in der arabischen Welt größtenteils ignoriert, aber es wurde in Latein 1200 n. Chr. anonym übersetzt und weiter zusammengefasst und hat sich auf durch den polnischen Mönch Witelo ausgebreitet, der es ein Standardtext auf der Optik in Europa seit den nächsten 400 Jahren macht.

Im 13. Jahrhundert das mittelalterliche Europa der englische Bischof, Robert Grosseteste hat über eine breite Reihe von wissenschaftlichen Themen geschrieben, Licht von vier verschiedenen Perspektiven besprechend: eine Erkenntnistheorie des Lichtes, einer Metaphysik oder der Kosmogonie des Lichtes, einer Ätiologie oder der Physik des Lichtes und einer Theologie des Lichtes, es auf den Arbeiten Aristoteles und Platonism stützend. Der berühmteste Apostel von Grosseteste, Roger Bacon, hat Arbeiten geschrieben, die eine breite Reihe kürzlich übersetzter optischer und philosophischer Arbeiten, einschließlich derjenigen von Alhazen, Aristoteles, Avicenna, Averroes, Euklid, al-Kindi, Ptolemy, Tideus und Constantine der Afrikaner zitieren. Bacon ist im Stande gewesen, Teile von Glasbereichen als Vergrößerungsgläser zu verwenden, um zu demonstrieren, dass Licht von Gegenständen nachdenkt, anstatt von ihnen veröffentlicht zu werden.

In Italien, 1284, hat Salvino D'Armate die erste tragbare Brille erfunden.

Das war der Anfang der optischen Industrie des Schleifens und Polierens von Linsen für diese "Brillen", zuerst in Venedig und Florenz im dreizehnten Jahrhundert, und später in den Schauspiel-Bilden-Zentren sowohl in den Niederlanden als auch in Deutschland. Schauspiel-Schöpfer haben verbesserte Typen von Linsen für die Korrektur der Vision gestützt mehr auf empirischen Kenntnissen geschaffen, die davon gewonnen sind, die Effekten der Linsen zu beobachten, anstatt die rudimentäre optische Theorie des Tages zu verwenden (Theorie, die größtenteils nicht sogar entsprechend erklären konnte, wie Brillen gearbeitet haben). Diese praktische Entwicklung, Beherrschung und Experimentieren mit Linsen haben direkt zur Erfindung des zusammengesetzten optischen Mikroskops 1595 und dem brechenden Fernrohr 1608 geführt, von denen beide in den Schauspiel-Bilden-Zentren in den Niederlanden erschienen sind.

Am Anfang des 17. Jahrhunderts hat sich Johannes Kepler auf der geometrischen Optik in seinen Schriften ausgebreitet, Linsen, Nachdenken durch flache und gekrümmte Spiegel, die Grundsätze von Nadelloch-Kameras, Umgekehrt-Quadratgesetz bedeckend, die Intensität des Lichtes und die optischen Erklärungen von astronomischen Phänomenen wie Mond- und Sonneneklipsen und astronomischer Parallaxe regelnd. Er ist auch im Stande gewesen, die Rolle der Netzhaut als das wirkliche Organ richtig abzuleiten, das Images registriert hat, schließlich im Stande seiend, die Effekten von verschiedenen Typen von Linsen wissenschaftlich zu messen, die Schauspiel-Schöpfer im Laufe der vorherigen 300 Jahre beobachtet hatten. Nach der Erfindung des Fernrohrs hat Kepler die theoretische Basis darauf dargelegt, wie sie gearbeitet haben und eine verbesserte Version beschrieben haben, die als das Fernrohr von Keplerian mit zwei konvexen Linsen bekannt ist, um höhere Vergrößerung zu erzeugen.

Optische Theorie ist Mitte des 17. Jahrhunderts mit Abhandlungen fortgeschritten, die vom Philosophen René Descartes geschrieben sind, der eine Vielfalt von optischen Phänomenen einschließlich des Nachdenkens und der Brechung durch das Annehmen erklärt hat, dass Licht durch Gegenstände ausgestrahlt wurde, die es erzeugt haben. Das hat sich substantivisch von der alten griechischen Emissionstheorie unterschieden. Gegen Ende der 1660er Jahre und Anfang der 1670er Jahre hat Newton die Ideen von Descartes in eine Körperchen-Theorie des Lichtes ausgebreitet, berühmt zeigend, dass weißes Licht, anstatt eine einzigartige Farbe zu sein, wirklich eine Zusammensetzung von verschiedenen Farben war, die in ein Spektrum mit einem Prisma getrennt werden können. 1690 hat Christian Huygens eine Wellentheorie für das Licht vorgeschlagen, das auf Vorschlägen gestützt ist, die von Robert Hooke 1664 gemacht worden waren. Hooke selbst hat öffentlich die Theorien von Newton des Lichtes kritisiert, und die Fehde zwischen den zwei hat bis zum Tod von Hooke gedauert. 1704 hat Newton Opticks und zurzeit teilweise wegen seines Erfolgs in anderen Gebieten der Physik veröffentlicht, wie man allgemein betrachtete, war er der Sieger in der Debatte über die Natur des Lichtes.

Newtonische Optik wurde allgemein bis zum Anfang des 19. Jahrhunderts akzeptiert, als Thomas Young und Augustin-Jean Fresnel Experimente auf der Einmischung des Lichtes durchgeführt haben, das fest die Welle-Natur des Lichtes gegründet hat. Das berühmte doppelte Schlitz-Experiment von Young hat gezeigt, dass Licht dem Gesetz der Überlagerung gefolgt ist, die ein Welle ähnliches durch die Körperchen-Theorie von Newton nicht vorausgesagtes Eigentum ist. Diese Arbeit hat zu einer Theorie der Beugung für das Licht geführt und hat ein komplettes Gebiet der Studie in der physischen Optik geöffnet. Wellenoptik wurde mit der elektromagnetischen Theorie von James Clerk Maxwell in den 1860er Jahren erfolgreich vereinigt.

Die folgende Entwicklung in der optischen Theorie ist 1899 gekommen, als Max Planck richtig blackbody Radiation modelliert hat, indem er angenommen hat, dass der Austausch der Energie zwischen Licht und Sache nur in getrennten Beträgen vorgekommen ist, die er Quanten genannt hat. 1905 hat Albert Einstein die Theorie der fotoelektrischen Wirkung veröffentlicht, die fest den quantization des Lichtes selbst gegründet hat. 1913 hat Niels Bohr gezeigt, dass Atome nur getrennte Beträge der Energie ausstrahlen konnten, so die getrennten Linien erklärend, die in der Emission und den Absorptionsspektren gesehen sind. Das Verstehen der Wechselwirkung zwischen Licht und Sache, die aus diesen Entwicklungen gefolgt ist, hat nicht nur die Basis der Quant-Optik gebildet sondern auch war für die Entwicklung der Quant-Mechanik als Ganzes entscheidend. Der äußerste Höhepunkt war die Theorie der Quant-Elektrodynamik, die die ganze Optik und elektromagnetische Prozesse im Allgemeinen als seiend das Ergebnis des Austausches von echten und virtuellen Fotonen erklärt.

Quant-Optik hat praktische Wichtigkeit mit der Erfindung der Maser 1953 und des Lasers 1960 gewonnen. Im Anschluss an die Arbeit von Paul Dirac in der Quant-Feldtheorie haben George Sudarshan, Roy J. Glauber und Leonard Mandel Quant-Theorie auf das elektromagnetische Feld in den 1950er Jahren und 1960er Jahren angewandt, um ein ausführlicheres Verstehen der Photoentdeckung und die Statistik des Lichtes zu gewinnen.

Klassische Optik

Klassische Optik wird in zwei Hauptzweige geteilt: geometrische Optik und physische Optik. Im geometrischen, oder Strahl-Optik, wie man betrachtet, reist Licht in Geraden, und im physischen, oder Wellenoptik, wie man betrachtet, ist Licht eine elektromagnetische Welle.

Geometrische Optik kann als eine Annäherung der physischen Optik angesehen werden, die angewandt werden kann, wenn die Wellenlänge des verwendeten Lichtes viel kleiner ist als die Größe der optischen Elemente oder des Systems, das wird modelliert.

Geometrische Optik

Geometrische Optik oder Strahl-Optik, beschreibt die Fortpflanzung des Lichtes in Bezug auf "Strahlen", die in Geraden reisen, und dessen Pfade durch die Gesetze des Nachdenkens und der Brechung an Schnittstellen zwischen verschiedenen Medien geregelt werden. Diese Gesetze wurden empirisch schon zu Lebzeiten von 984 n.Chr. entdeckt und sind im Design von optischen Bestandteilen und Instrumenten von da an bis zum heutigen Tag verwendet worden. Sie können wie folgt zusammengefasst werden:

Wenn ein Strahl des Lichtes die Grenze zwischen zwei durchsichtigen Materialien schlägt, wird es in einen widerspiegelten und einen gebrochenen Strahl geteilt.

Das:The-Gesetz des Nachdenkens sagt, dass der widerspiegelte Strahl im Flugzeug des Vorkommens liegt, und der Winkel des Nachdenkens dem Einfallswinkel gleichkommt.

Das:The-Gesetz der Brechung sagt, dass der gebrochene Strahl im Flugzeug des Vorkommens liegt, und der Sinus des Winkels der durch den Sinus des Einfallswinkels geteilten Brechung eine Konstante ist.

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wo eine Konstante für irgendwelche zwei Materialien und eine gegebene Farbe des Lichtes ist. Es ist als der Brechungsindex bekannt.

Die Gesetze des Nachdenkens und der Brechung können aus dem Grundsatz von Fermat abgeleitet werden, der feststellt, dass der Pfad, der zwischen zwei Punkten von einem Strahl des Lichtes genommen ist, der Pfad ist, der in kleinster Zeit überquert werden kann.

Annäherungen

Geometrische Optik wird häufig durch das Bilden der paraxial Annäherung, oder "kleiner Winkelannäherung vereinfacht." Das mathematische Verhalten wird dann geradlinig, optischen Bestandteilen und Systemen erlaubend, durch einfachen matrices beschrieben zu werden. Das führt zu den Techniken der Optik von Gaussian und paraxial Strahlenaufzeichnung, die verwendet werden, um grundlegende Eigenschaften von optischen Systemen, wie ungefähres Image und Gegenstand-Positionen und Vergrößerung zu finden.

Nachdenken

Nachdenken kann in zwei Typen geteilt werden: spiegelndes Nachdenken und weitschweifiges Nachdenken. Spiegelndes Nachdenken beschreibt den Glanz von Oberflächen wie Spiegel, die Licht auf eine einfache, voraussagbare Weise widerspiegeln. Das berücksichtigt Produktion von widerspiegelten Images, die mit einem wirklichen (echt) vereinigt werden können oder (virtuelle) Position im Raum extrapoliert haben. Weitschweifiges Nachdenken beschreibt undurchsichtig, nicht durchsichtige Materialien, wie Papier oder Felsen. Das Nachdenken von diesen Oberflächen kann nur statistisch mit dem genauen Vertrieb des widerspiegelten Lichtes abhängig von der mikroskopischen Struktur des Materials beschrieben werden. Viele weitschweifige Reflektoren werden beschrieben oder können durch das Kosinus-Gesetz von Lambert näher gekommen werden, das Oberflächen beschreibt, die gleiche Klarheit, wenn angesehen, von jedem Winkel haben. Glanzoberflächen können sowohl spiegelndes als auch weitschweifiges Nachdenken geben.

Im spiegelnden Nachdenken wird die Richtung des widerspiegelten Strahls durch den Winkel bestimmt, den der Ereignis-Strahl mit der Oberfläche normal, eine Liniensenkrechte zur Oberfläche am Punkt macht, wo der Strahl schlägt. Das Ereignis und die widerspiegelten Strahlen und die normale Lüge in einem einzelnen Flugzeug und der Winkel zwischen dem widerspiegelten Strahl und der normalen Oberfläche sind dasselbe als das zwischen dem Ereignis-Strahl und dem normalen. Das ist als das Gesetz des Nachdenkens bekannt.

Für flache Spiegel deutet das Gesetz des Nachdenkens an, dass Images von Gegenständen aufrecht sind und dieselbe Entfernung hinter dem Spiegel, wie die Gegenstände vor dem Spiegel sind. Die Bildgröße ist dasselbe als die Gegenstand-Größe. Das Gesetz deutet auch an, dass Spiegelimages umgekehrte Gleichheit sind, den wir als eine nach links richtige Inversion wahrnehmen. Images, die vom Nachdenken in zwei (oder jede gerade Zahl) Spiegel gebildet sind, sind nicht umgekehrte Gleichheit. Eckreflektoren retroreflect Licht, erzeugend haben Strahlen widerspiegelt, die zurück in der Richtung reisen, aus der die Ereignis-Strahlen gekommen sind.

Spiegel mit gekrümmten Oberflächen können durch die Strahlenaufzeichnung und das Verwenden des Gesetzes des Nachdenkens an jedem Punkt auf der Oberfläche modelliert werden. Für Spiegel mit parabolischen Oberflächen erzeugt das parallele Strahl-Ereignis auf dem Spiegel widerspiegelte Strahlen, die an einem allgemeinen Fokus zusammenlaufen. Andere gekrümmte Oberflächen können auch Licht, aber mit Abweichungen wegen der abweichenden Gestalt einstellen, die den Fokus veranlasst, im Raum geschmiert zu werden. Insbesondere kugelförmige Spiegel stellen kugelförmige Abweichung aus. Gekrümmte Spiegel können Images mit der Vergrößerung bilden, die größer ist als oder weniger als ein, und die Vergrößerung kann negativ sein, anzeigend, dass das Image umgekehrt wird. Ein aufrechtes Image, das durch das Nachdenken in einem Spiegel gebildet ist, ist immer virtuell, während ein umgekehrtes Image echt ist und auf einen Schirm geplant werden kann.

Brechungen

Brechung kommt vor, wenn Licht durch ein Gebiet des Raums reist, der einen sich ändernden Index der Brechung hat; dieser Grundsatz berücksichtigt Linsen und die Fokussierung des Lichtes. Der einfachste Fall der Brechung kommt vor, wenn es eine Schnittstelle zwischen einem gleichförmigen Medium mit dem Index der Brechung und einem anderen Medium mit dem Index der Brechung gibt. In solchen Situationen beschreibt das Gesetz von Snell die resultierende Ablenkung des leichten Strahls:

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wo und die Winkel zwischen dem normalen (zur Schnittstelle) und dem Ereignis und den gebrochenen Wellen beziehungsweise sind. Dieses Phänomen wird auch mit einer sich ändernden Geschwindigkeit des Lichtes, wie gesehen, aus der Definition des Index der zur Verfügung gestellten Brechung vereinigt, über dem einbezieht:

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wo und die Welle-Geschwindigkeiten durch die jeweiligen Medien sind.

Verschiedene Folgen des Gesetzes von Snell schließen die Tatsache ein, dass für leichte Strahlen, die von einem Material mit einem hohen Index der Brechung zu einem Material mit einem niedrigen Index der Brechung reisen, es für die Wechselwirkung mit der Schnittstelle möglich ist, auf Nullübertragung hinauszulaufen. Dieses Phänomen wird inneres Gesamtnachdenken genannt und berücksichtigt Faser-Optik-Technologie. Da Licht Reisen unten eine Faser Sehkabel Zeichen gibt, erlebt es inneres Gesamtnachdenken, das im Wesentlichen kein über die Länge des Kabels verlorenes Licht berücksichtigt. Es ist auch möglich, polarisierte leichte Strahlen mit einer Kombination des Nachdenkens und der Brechung zu erzeugen: Wenn ein gebrochener Strahl und der widerspiegelte Strahl einen richtigen Winkel bilden, hat der widerspiegelte Strahl das Eigentum der "Flugzeug-Polarisation". Der für solch ein Drehbuch erforderliche Einfallswinkel ist als der Winkel von Brewster bekannt.

Das Gesetz von Snell kann verwendet werden, um die Ablenkung von leichten Strahlen vorauszusagen, weil sie "geradlinige Medien" durchführen, so lange die Indizes der Brechung und die Geometrie der Medien bekannt sind. Zum Beispiel läuft die Fortpflanzung des Lichtes durch ein Prisma auf den leichten Strahl hinaus, der abhängig von der Gestalt und Orientierung des Prismas wird ablenkt. Zusätzlich, da verschiedene Frequenzen des Lichtes ein bisschen verschiedene Indizes der Brechung in den meisten Materialien haben, kann Brechung verwendet werden, um Streuungsspektren zu erzeugen, die als Regenbogen erscheinen. Die Entdeckung dieses Phänomenes, wenn das vorübergehende Licht durch ein Prisma Isaac Newton berühmt zugeschrieben wird.

Einige Medien haben einen Index der Brechung, die sich allmählich mit der Position und, so, leichte Strahl-Kurve durch das Medium aber nicht Reisen in Geraden ändert. Diese Wirkung ist, was für in heißen Tagen gesehene Sinnestäuschungen verantwortlich ist, wo der sich ändernde Index der Brechung der Luft die leichten Strahlen veranlasst, das Schaffen des Äußeren des spiegelnden Nachdenkens in der Ferne (als ob auf der Oberfläche einer Lache von Wasser) zu biegen. Material, das einen unterschiedlichen Index der Brechung hat, wird einen Anstieg-Index (GRINSEN) Material genannt und hat viele nützliche Eigenschaften, die in modernen optischen Abtastungstechnologien einschließlich Fotokopiergeräte und Scanner verwendet sind. Das Phänomen wird im Feld der Optik des Anstieg-Index studiert.

Ein Gerät, das konvergierende oder abweichende leichte Strahlen wegen der Brechung erzeugt, ist als eine Linse bekannt. Dünne Linsen erzeugen Brennpunkte auf beiden Seiten, die mit der Gleichung des lensmaker modelliert werden können. Im Allgemeinen bestehen zwei Typen von Linsen: Konvexe Linsen, die parallele leichte Strahlen veranlassen, und konkave Linsen zusammenzulaufen, die parallele leichte Strahlen veranlassen abzuweichen. Die ausführliche Vorhersage dessen, wie Images durch diese Linsen erzeugt werden, kann mit der gekrümmten Spiegeln ähnlichen Strahlenaufzeichnung gemacht werden. Ähnlich zu gekrümmten Spiegeln folgen dünne Linsen einer einfachen Gleichung, die die Position der Images gegeben eine besondere im Brennpunkt stehende Länge und Gegenstand-Entfernung bestimmt:

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wo die Entfernung ist, die mit dem Image vereinigt ist, und durch die Tagung betrachtet wird, wenn auf derselben Seite der Linse wie der Gegenstand und positiv wenn auf der Gegenseite der Linse negativ zu sein. Die im Brennpunkt stehende Länge f wird negativ für konkave Linsen betrachtet.

Eingehende parallele Strahlen werden durch eine konvexe Linse in ein umgekehrtes echtes Image eine im Brennpunkt stehende Länge von der Linse auf der weiten Seite der Linse eingestellt. Strahlen von einem Gegenstand in der begrenzten Entfernung werden weiter von der Linse eingestellt als die im Brennpunkt stehende Entfernung; je näher der Gegenstand zur Linse ist, desto weiter das Image von der Linse ist. Mit konkaven Linsen weichen eingehende parallele Strahlen nach dem Durchgehen der Linse auf solche Art und Weise ab, dass sie scheinen, an einem aufrechten Scheinbild eine im Brennpunkt stehende Länge von der Linse auf derselben Seite der Linse hervorgebracht zu haben, auf der sich die parallelen Strahlen nähern. Strahlen von einem Gegenstand in der begrenzten Entfernung werden mit einem Scheinbild vereinigt, das an der Linse näher ist als die im Brennpunkt stehende Länge, und auf derselben Seite der Linse wie der Gegenstand. Je näher der Gegenstand zur Linse ist, desto näher das Scheinbild zur Linse ist.

Ebenfalls wird die Vergrößerung einer Linse durch gegeben

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wo das negative Zeichen durch die Tagung gegeben wird, um einen aufrechten Gegenstand für positive Werte und einen umgekehrten Gegenstand für negative Werte anzuzeigen. Ähnlich Spiegeln sind aufrechte durch einzelne Linsen erzeugte Images virtuell, während umgekehrte Images echt sind.

Linsen leiden unter Abweichungen, die Images und Brennpunkte verdrehen. Diese sind sowohl wegen zu geometrischen Schönheitsfehlern als auch wegen wegen des sich ändernden Index der Brechung für verschiedene Wellenlängen des Lichtes (chromatische Aberration).

Physische Optik

In der physischen Optik, wie man betrachtet, pflanzt sich Licht als eine Welle fort. Dieses Modell sagt Phänomene wie Einmischung und Beugung voraus, die durch die geometrische Optik nicht erklärt werden. Die Geschwindigkeit von leichten Wellen in Luft ist ungefähr 3.0×10 m/s (genau 299,792,458 m/s im Vakuum). Die Wellenlänge von sichtbaren leichten Wellen ändert sich zwischen 400 und 700 nm, aber der Begriff "Licht" wird auch häufig auf infrarot (0.7-300 μm) und Ultraviolettstrahlung (10-400 nm) angewandt.

Das Welle-Modell kann verwendet werden, um Vorhersagen darüber zu machen, wie sich ein optisches System benehmen wird, ohne eine Erklärung dessen zu verlangen, was worin Medium "winkt". Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts haben die meisten Physiker an ein "ätherisches" Medium geglaubt, in dem sich die leichte Störung fortgepflanzt hat. Die Existenz von elektromagnetischen Wellen wurde 1865 durch die Gleichungen von Maxwell vorausgesagt. Diese Wellen pflanzen sich mit der Geschwindigkeit des Lichtes fort und haben unterschiedliche elektrische und magnetische Felder, die zu einander, und auch zur Richtung der Fortpflanzung der Wellen orthogonal sind. Leichte Wellen werden jetzt allgemein als elektromagnetische Wellen behandelt außer, wenn Quant mechanische Effekten betrachtet werden muss.

Das Modellieren und Design von optischen Systemen mit der physischen Optik

Viele simplifed Annäherungen sind verfügbar, um optische Systeme zu analysieren und zu entwerfen. Die meisten von diesen verwenden eine einzelne Skalarmenge, um das elektrische Feld der leichten Welle zu vertreten, anstatt ein Vektor-Modell mit orthogonalen elektrischen und magnetischen Vektoren zu verwenden.

Die Gleichung von Huygens-Fresnel ist ein solches Modell. Das wurde empirisch von Fresnel 1815 abgeleitet, auf der Hypothese von Huygen gestützt, dass jeder Punkt auf einem wavefront einen sekundären kugelförmigen wavefront erzeugt, den Fresnel mit dem Grundsatz der Überlagerung von Wellen verbunden hat. Die Beugungsgleichung von Kirchoff, die mit den Gleichungen von Maxwell abgeleitet wird, stellt die Gleichung von Huygens-Fresnel auf ein festeres physisches Fundament. Beispiele der Anwendung des Grundsatzes von Huygens-Fresnel können in den Abteilungen auf der Beugung und Beugung von Fraunhofer gefunden werden.

Strengere Modelle, das Modellieren sowohl von elektrischen als auch von magnetischen Feldern der leichten Welle einschließend, sind erforderlich, wenn, sich mit der ausführlichen Wechselwirkung des Lichtes mit Materialien befassend, wo die Wechselwirkung von ihren elektrischen und magnetischen Eigenschaften abhängt. Zum Beispiel ist das Verhalten einer leichten Welle, die mit einer Metalloberfläche aufeinander wirkt, davon ziemlich verschieden, was geschieht, wenn es mit einem dielektrischen Material aufeinander wirkt. Ein Vektor-Modell muss auch an das Modell polarisiertes Licht gewöhnt sein.

Numerische modellierende Techniken wie die begrenzte Element-Methode, die Grenzelement-Methode und die Übertragungslinie-Matrixmethode können verwendet werden, um die Fortpflanzung des Lichtes in Systemen zu modellieren, die analytisch nicht gelöst werden können. Solche Modelle sind rechenbetont anspruchsvoll und werden normalerweise nur verwendet, um kleine Probleme zu beheben, die Genauigkeit darüber hinaus verlangen, die mit analytischen Lösungen erreicht werden kann.

Alle Ergebnisse von geometrischer Optik können mit den Techniken der Optik von Fourier wieder erlangt werden, die viele derselben mathematischen und analytischen Techniken anwenden, die in der akustischen Technik und Signalverarbeitung verwendet sind.

Balken-Fortpflanzung von Gaussian ist ein einfaches paraxial physisches Optik-Modell für die Fortpflanzung der zusammenhängenden Radiation wie Laserbalken. Diese Technik ist teilweise für Beugung verantwortlich, genaue Berechnungen der Rate erlaubend, an der sich ein Laserbalken mit der Entfernung und der minimalen Größe ausbreitet, zu der der Balken eingestellt werden kann. Balken-Fortpflanzung von Gaussian überbrückt so die Lücke zwischen der geometrischen und physischen Optik.

Überlagerung und Einmischung

Ohne nichtlineare Effekten kann der Überlagerungsgrundsatz verwendet werden, um die Gestalt von aufeinander wirkenden Wellenformen durch die einfache Hinzufügung der Störungen vorauszusagen. Diese Wechselwirkung von Wellen, um ein resultierendes Muster zu erzeugen, wird allgemein "Einmischung" genannt und kann auf eine Vielfalt von Ergebnissen hinauslaufen. Wenn zwei Wellen derselben Wellenlänge und Frequenz in der Phase sind, richten sich sowohl die Wellenberge als auch Welle-Tröge aus. Das läuft auf konstruktive Einmischung und eine Zunahme im Umfang der Welle hinaus, die für das Licht mit einem Erhellen der Wellenform in dieser Position vereinigt wird. Wechselweise, wenn die zwei Wellen derselben Wellenlänge und Frequenz gegenphasig sind, dann werden sich die Wellenberge auf Welle-Tröge und umgekehrt ausrichten. Das läuft auf zerstörende Einmischung und eine Abnahme im Umfang der Welle hinaus, die für das Licht mit einem Verdunkeln der Wellenform an dieser Position vereinigt wird. Sieh unten für eine Illustration dieser Wirkung.

Da der Grundsatz von Huygens-Fresnel feststellt, dass jeder Punkt eines wavefront mit der Produktion einer neuen Störung vereinigt wird, ist es für einen wavefront möglich, sich konstruktiv oder zerstörend an verschiedenen Positionen zu stören, die helle und dunkle Fransen in regelmäßigen und voraussagbaren Mustern erzeugen. Interferometry ist die Wissenschaft, diese Muster gewöhnlich als ein Mittel zu messen, genaue Entschlüsse von Entfernungen oder winkeligen Entschlossenheiten zu machen. Der Michelson interferometer war ein berühmtes Instrument, das Einmischungseffekten verwendet hat, die Geschwindigkeit des Lichtes genau zu messen.

Das Äußere von dünnen Filmen und Überzügen wird durch Einmischungseffekten direkt betroffen. Nicht reflektierende Deckschichten verwenden zerstörende Einmischung, um das Reflexionsvermögen der Oberflächen zu reduzieren, die sie anstreichen und verwendet werden können, um grellen Schein und unerwünschtes Nachdenken zu minimieren. Der einfachste Fall ist eine einzelne Schicht mit der Dicke ein Viertel die Wellenlänge des Ereignis-Lichtes. Die widerspiegelte Welle von der Spitze des Films und die widerspiegelte Welle von der Schnittstelle des Films/Materials sind dann genau 180 ° gegenphasige, zerstörende Einmischung verursachend. Die Wellen sind nur für eine Wellenlänge genau gegenphasig, die normalerweise gewählt würde, um in der Nähe vom Zentrum des sichtbaren Spektrums, ungefähr 550 nm zu sein. Kompliziertere Designs mit vielfachen Schichten können niedriges Reflexionsvermögen über ein breites Band oder äußerst niedriges Reflexionsvermögen an einer einzelnen Wellenlänge erreichen.

Die konstruktive Einmischung in dünne Filme kann starkes Nachdenken des Lichtes in einer Reihe von Wellenlängen schaffen, die schmal oder abhängig vom Design des Überzugs breit sein können. Diese Filme werden verwendet, um dielektrische Spiegel, Einmischungsfilter, Hitzereflektoren und Filter für die Farbentrennung in Farbenfernsehkameras zu machen. Diese Einmischungswirkung ist auch, was die bunten in Ölteppichen gesehenen Regenbogen-Muster verursacht.

Beugung und optische Entschlossenheit

Beugung ist der Prozess, durch den leichte Einmischung meistens beobachtet wird. Die Wirkung wurde zuerst 1665 von Francesco Maria Grimaldi beschrieben, der auch den Begriff vom lateinischen diffringere, 'ins Leben gerufen hat zu zerbrechen'. Später in diesem Jahrhundert haben Robert Hooke und Isaac Newton auch Phänomene beschrieben, die jetzt bekannt sind, Beugung in den Ringen von Newton zu sein, während James Gregory seine Beobachtungen von Beugungsmustern von Vogel-Federn registriert hat.

Das erste physische Optik-Modell der Beugung, die sich auf den Grundsatz von Huygens-Fresnel verlassen hat, wurde 1803 von Thomas Young in seinen Einmischungsexperimenten mit den Einmischungsmustern von zwei nah Schlitzen unter Drogeneinfluss entwickelt. Young hat gezeigt, dass seine Ergebnisse nur erklärt werden konnten, ob die zwei Schlitze als zwei einzigartige Quellen von Wellen aber nicht Körperchen gehandelt haben. 1815 und 1818 hat Augustin-Jean Fresnel fest die Mathematik dessen eingesetzt, wie Welle-Einmischung für Beugung verantwortlich sein kann.

Die einfachsten physischen Modelle der Beugung verwenden Gleichungen, die die winkelige Trennung von leichten und dunklen Fransen wegen des Lichtes einer besonderen Wellenlänge beschreiben. Im Allgemeinen nimmt die Gleichung die Form an

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wo die Trennung zwischen zwei wavefront Quellen ist (im Fall von den Experimenten von Young, waren es zwei Schlitze), ist die winkelige Trennung zwischen der Hauptfranse und der Th-Ordnungsfranse, wo das Hauptmaximum ist.

Diese Gleichung wird ein bisschen modifiziert, um eine Vielfalt von Situationen wie Beugung durch eine einzelne Lücke, Beugung durch vielfache Schlitze oder Beugung durch eine Beugung in Betracht zu ziehen, die knirscht, der eine Vielzahl von Schlitzen am gleichen Abstand enthält. Mehr komplizierte Modelle der Beugung verlangen das Arbeiten mit der Mathematik der Beugung von Fresnel oder Fraunhofer.

Röntgenstrahl-Beugung macht von der Tatsache Gebrauch, dass Atome in einem Kristall regelmäßigen Abstand in Entfernungen haben, die auf der Ordnung eines Angströms sind. Um Beugungsmuster zu sehen, werden Röntgenstrahlen mit ähnlichen Wellenlängen zu diesem Abstand durch den Kristall passiert. Da Kristalle dreidimensionale Gegenstände aber nicht zweidimensionaler gratings sind, ändert sich das verbundene Beugungsmuster in zwei Richtungen gemäß dem Nachdenken von Bragg mit den verbundenen hellen Punkten, die in einzigartigen Mustern vorkommen und zweimal der Abstand zwischen Atomen sind.

Beugungseffekten beschränken die Fähigkeit zu einem optischen Entdecker, um getrennte leichte Quellen optisch aufzulösen. Im Allgemeinen wird Licht, das eine Öffnung durchführt, Beugung und die besten Images erfahren, die geschaffen werden können (wie beschrieben, in der Beugungsbeschränkten Optik), erscheinen als ein Hauptpunkt mit der Umgebung heller Ringe, die durch die dunkle Null getrennt sind; dieses Muster ist als ein Luftmuster und der helle Hauptlappen als eine Luftplatte bekannt. Die Größe solch einer Platte wird durch gegeben

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wo θ die winkelige Entschlossenheit ist, ist λ die Wellenlänge des Lichtes, und D ist das Diameter der Linse-Öffnung. Wenn die winkelige Trennung der zwei Punkte bedeutsam weniger ist als die Luftplatte winkeliger Radius, dann können die zwei Punkte nicht im Image aufgelöst werden, aber wenn ihre winkelige Trennung viel größer ist, als das verschiedene Images der zwei Punkte gebildet werden und sie deshalb aufgelöst werden können. Rayleigh hat das etwas willkürliche "Kriterium von Rayleigh" definiert, dass, wie man betrachten kann, zwei Punkte, deren winkelige Trennung dem Luftplattenradius gleich ist (gemessen zur ersten Null, d. h. zum ersten Platz, wo kein Licht gesehen wird) aufgelöst werden. Es kann dass je größer das Diameter der Linse oder seiner Öffnung, desto feiner die Entschlossenheit gesehen werden. Interferometry, mit seiner Fähigkeit, äußerst große Grundlinie-Öffnungen nachzuahmen, berücksichtigt die größte winkelige mögliche Entschlossenheit.

Für die astronomische Bildaufbereitung hält die Atmosphäre optimale Entschlossenheit davon ab, im sichtbaren Spektrum wegen des atmosphärischen Zerstreuens und der Streuung erreicht zu werden, die Sterne veranlassen zu blitzen. Astronomen kennzeichnen diese Wirkung als die Qualität des astronomischen Sehens. Als anpassungsfähige Optik bekannte Techniken sind verwertet worden, um die atmosphärische Störung von Images zu beseitigen und Ergebnisse zu erreichen, die sich der Beugungsgrenze nähern.

Streuung und das Zerstreuen

Refraktionsprozesse finden in der physischen Optik-Grenze statt, wo die Wellenlänge des Lichtes anderen Entfernungen als eine Art Zerstreuen ähnlich ist. Der einfachste Typ des Zerstreuens ist Thomson, der sich zerstreut, der vorkommt, wenn elektromagnetische Wellen durch einzelne Partikeln abgelenkt werden. In der Grenze von Thompson, der sich zerstreut, in dem die wellemäßige Natur des Lichtes, leichte offensichtlich ist, wird unabhängig der Frequenz im Gegensatz zu Compton verstreut, der sich zerstreut, der frequenzabhängig ist und ausschließlich ein Quant mechanischer Prozess, die Natur des Lichtes als Partikeln einschließend. In einem statistischen Sinn ist die elastische Lichtstreuung durch zahlreiche Partikeln, die viel kleiner sind als die Wellenlänge des Lichtes, ein als das Zerstreuen von Rayleigh bekannter Prozess, während der ähnliche Prozess, um sich durch Partikeln zu zerstreuen, die ähnlich oder in der Wellenlänge größer sind, als Mie bekannt ist, der sich mit der Wirkung von Tyndall zerstreut, die ein allgemein beobachtetes Ergebnis ist. Ein kleines Verhältnis des leichten Zerstreuens von Atomen oder Molekülen kann das Zerstreuen von Raman erleben, worin sich die Frequenz wegen der Erregung der Atome und Moleküle ändert. Brillouin-Lichtstreuung kommt wenn die Frequenz von leichten Änderungen wegen lokaler Änderungen mit der Zeit und den Bewegungen eines dichten Materials vor.

Streuung kommt vor, wenn verschiedene Frequenzen des Lichtes verschiedene Phase-Geschwindigkeiten, erwartet irgendein zu materiellen Eigenschaften (materielle Streuung) oder zur Geometrie eines optischen Wellenleiters (Wellenleiter-Streuung) haben. Die vertrauteste Form der Streuung ist eine Abnahme im Index der Brechung mit der zunehmenden Wellenlänge, die in den meisten durchsichtigen Materialien gesehen wird. Das wird "normale Streuung" genannt. Es kommt in allen dielektrischen Materialien in Wellenlangenbereichen vor, wo das Material Licht nicht absorbiert. In Wellenlangenbereichen, wo ein Medium bedeutende Absorption hat, kann der Index der Brechung mit der Wellenlänge zunehmen. Das wird "anomale Streuung" genannt.

Die Trennung von Farben durch ein Prisma ist ein Beispiel der normalen Streuung. An den Oberflächen des Prismas sagt das Gesetz von Snell voraus, dass das leichte Ereignis in einem Winkel θ zum normalen in einem Winkel arcsin gebrochen wird (Sünde (θ) / n). So wird blaues Licht, mit seinem höheren Brechungsindex, stärker gebogen als roter Licht, auf das wohl bekannte Regenbogen-Muster hinauslaufend.

Materielle Streuung wird häufig durch die Zahl von Abbe charakterisiert, die ein einfaches Maß der Streuung gibt, die auf dem Index der Brechung an drei spezifischen Wellenlängen gestützt ist. Wellenleiter-Streuung ist von der unveränderlichen Fortpflanzung abhängig. Beide Arten der Streuung verursachen Änderungen in den Gruppeneigenschaften der Welle, den Eigenschaften des Welle-Pakets, die sich mit derselben Frequenz wie der Umfang der elektromagnetischen Welle ändern. "Streuung" Gruppengeschwindigkeitsmanifeste als ein Verbreiten - aus dem Signal "Umschlag" der Radiation und können mit einem Gruppenstreuungsverzögerungsparameter gemessen werden:

:

wo die Gruppengeschwindigkeit ist. Für ein gleichförmiges Medium ist die Gruppengeschwindigkeit

:

wo n der Index der Brechung ist und c die Geschwindigkeit des Lichtes in einem Vakuum ist. Das gibt eine einfachere Form für den Streuungsverzögerungsparameter:

:

Wenn D weniger ist als Null, wie man sagt, hat das Medium positive Streuung oder normale Streuung. Wenn D größer ist als Null, hat das Medium negative Streuung. Wenn ein Lichtimpuls durch normalerweise dispersive Medium fortgepflanzt wird, ist das Ergebnis die höheren Frequenzbestandteile verlangsamen sich mehr als die niedrigeren Frequenzbestandteile. Der Puls wird deshalb positiv, hat oder gezirpt gezirpt, in der Frequenz mit der Zeit zunehmend. Das veranlasst das Spektrum, das aus einem Prisma kommt, mit dem roten Licht das am wenigsten gebrochene und blaue/violette Licht das am meisten gebrochene zu erscheinen. Umgekehrt, wenn ein Puls durch anomal (negativ) dispersive mittleres, hohes Frequenzteilreisen schneller reist als die niedrigeren, und der Puls wird, negativ, hat oder unten gezirpt gezirpt, in der Frequenz mit der Zeit abnehmend.

Das Ergebnis der Gruppengeschwindigkeitsstreuung, entweder negativ oder positiv, ist das schließlich zeitliche Verbreiten des Pulses. Das macht Streuungsmanagement äußerst wichtig in optischen Kommunikationssystemen gestützt auf Glasfaserleitern seitdem, wenn Streuung zu hoch ist, wird sich eine Gruppe von Pulsen, die Information vertreten, jeder rechtzeitig ausbreiten und sich zusammen verschmelzen, es unmöglich machend, das Signal herauszuziehen.

Polarisation

Polarisation ist ein allgemeines Eigentum von Wellen, das die Orientierung ihrer Schwingungen beschreibt. Für Querwellen wie viele elektromagnetische Wellen beschreibt es die Orientierung der Schwingungen in der Flugzeug-Senkrechte zur Richtung der Welle des Reisens. Die Schwingungen können in einer einzelnen Richtung (geradlinige Polarisation) orientiert werden, oder die Schwingungsrichtung kann rotieren, als die Welle (kreisförmige oder elliptische Polarisation) reist. Kreisförmig polarisierte Wellen können nach rechts oder nach links in der Richtung auf das Reisen rotieren, und welche von jenen zwei Folgen in einer Welle da ist, wird den chirality der Welle genannt.

Die typische Weise, Polarisation zu denken, soll die Orientierung des elektrischen Feldvektoren nachgehen, weil sich die elektromagnetische Welle fortpflanzt. Der elektrische Feldvektor einer Flugzeug-Welle kann in etikettierten x und y der zwei rechtwinkligen Bestandteile (mit z das Anzeigen der Richtung des Reisens) willkürlich geteilt werden. Die Gestalt verfolgt im x-y Flugzeug durch den elektrischen Feldvektoren ist eine Zahl von Lissajous, die den Polarisationsstaat beschreibt. Die folgenden Zahlen zeigen einige Beispiele der Evolution des elektrischen Feldvektoren (blau), mit der Zeit (die vertikalen Äxte), an einem besonderen Punkt im Raum, zusammen mit seinem x und y Bestandteilen (rot/link und grün/richtig), und der Pfad, der durch den Vektoren im (purpurroten) Flugzeug verfolgt ist: Dieselbe Evolution würde vorkommen, wenn sie auf das elektrische Feld in einer bestimmten Zeit schaut, während sie den Punkt im Raum entlang der Richtung gegenüber der Fortpflanzung entwickelt.

In der Leftmost-Zahl oben sind der x und die y Bestandteile der leichten Welle in der Phase. In diesem Fall ist das Verhältnis ihrer Kräfte unveränderlich, so ist die Richtung des elektrischen Vektoren (die Vektorsumme dieser zwei Bestandteile) unveränderlich. Da der Tipp des Vektoren eine einzelne Linie im Flugzeug verfolgt, wird dieser spezielle Fall geradlinige Polarisation genannt. Die Richtung dieser Linie hängt von den Verhältnisumfängen der zwei Bestandteile ab.

In der mittleren Zahl haben die zwei orthogonalen Bestandteile dieselben Umfänge und sind 90 ° gegenphasig. In diesem Fall ist ein Bestandteil Null, wenn der andere Bestandteil am maximalen oder minimalen Umfang ist. Es gibt zwei mögliche Phase-Beziehungen, die diese Voraussetzung befriedigen: Der x Bestandteil kann 90 ° vor dem y Bestandteil sein, oder es können 90 ° hinter dem y Bestandteil sein. In diesem speziellen Fall verfolgt der elektrische Vektor einen Kreis im Flugzeug, so wird diese Polarisation kreisförmige Polarisation genannt. Die Folge-Richtung im Kreis hängt ab, welche von den zwei Phase-Beziehungen besteht und rechter kreisförmiger Polarisation und linker kreisförmiger Polarisation entspricht.

In allen anderen Fällen, wo die zwei Bestandteile irgendein dieselben Umfänge und/oder ihren Phase-Unterschied nicht hat, ist weder Null noch ein Vielfache von 90 °, die Polarisation wird elliptische Polarisation genannt, weil der elektrische Vektor eine Ellipse im Flugzeug (die Polarisationsellipse) verfolgt. Das wird in der obengenannten Zahl rechts gezeigt. Die ausführliche Mathematik der Polarisation wird mit der Rechnung von Jones getan und wird durch charakterisiert Schürt Rahmen.

Medien, die verschiedene Indizes der Brechung für verschiedene Polarisationsweisen haben, werden birefringent genannt. Weithin bekannte Manifestationen dieser Wirkung erscheinen in optischen Welle-Tellern/Abbindeverzögerern (geradlinige Weisen) und in der Folge-Folge von Faraday / optischen Folge (kreisförmige Weisen). Wenn die Pfad-Länge im birefringent Medium genügend ist, werden Flugzeug-Wellen über das Material mit einer bedeutsam verschiedenen Fortpflanzungsrichtung wegen der Brechung herrschen. Zum Beispiel ist das mit makroskopischen Kristallen von Kalkspat der Fall, die dem Zuschauer zwei Ausgleich, orthogonal polarisierte Images dessen bieten, dass durch sie angesehen wird. Es war diese Wirkung, die die erste Entdeckung der Polarisation durch Erasmus Bartholinus 1669 zur Verfügung gestellt hat. Außerdem sind die Phase-Verschiebung, und so die Änderung im Polarisationsstaat, gewöhnlich Frequenzabhängiger, der, in der Kombination mit der Zweifarbigkeit, häufig helle Farben und einem Regenbogen ähnliche Effekten verursacht. In der Mineralogie werden solche Eigenschaften, bekannt als pleochroism, oft zum Zweck ausgenutzt, Minerale mit Polarisationsmikroskopen zu identifizieren. Zusätzlich wird vieler Plastik, der nicht normalerweise birefringent ist, so werden, wenn das Thema mechanischer Betonung, ein Phänomen, das die Basis der Photoelastizität ist. Non-birefringent Methoden, um die geradlinige Polarisation von leichten Balken rotieren zu lassen, schließen den Gebrauch der prismatischen Polarisation rotators ein, die inneres Gesamtnachdenken in einem für die effiziente colinear Übertragung entworfenen Prisma-Satz verwerten.

Medien, die den Umfang von bestimmten Polarisationsweisen reduzieren, werden dichroic. mit Geräten genannt, die fast die ganze Radiation in einer Weise blockieren, die als sich spaltende Filter oder einfach "polarizers" bekannt ist. Das Gesetz von Malus, das nach Etienne-Louis Malus genannt wird, sagt, dass, wenn ein vollkommener polarizer in einen geradlinigen polarisierten Lichtstrahl, die Intensität, mich des Lichtes gelegt wird, das durchgeht, durch gegeben wird

:

wo

:I ist die anfängliche Intensität,

:and θ ist der Winkel zwischen der anfänglichen Polarisationsrichtung des Lichtes und der Achse des polarizer.

Von einem Balken des unpolarisierten Lichtes kann als enthaltend eine gleichförmige Mischung von geradlinigen Polarisationen in allen möglichen Winkeln gedacht werden. Da der durchschnittliche Wert dessen 1/2 ist, wird der Übertragungskoeffizient

:

In der Praxis wird ein Licht im polarizer verloren, und die wirkliche Übertragung des unpolarisierten Lichtes wird etwas niedriger sein als das, ungefähr 38 % für den Typ der Polaroid polarizers, aber beträchtlich höher (> 49.9 %) für einige birefringent Prisma-Typen.

Zusätzlich zur Doppelbrechung und Zweifarbigkeit in verlängerten Medien können Polarisationseffekten auch an der (reflektierenden) Schnittstelle zwischen zwei Materialien des verschiedenen Brechungsindexes vorkommen. Diese Effekten werden durch die Gleichungen von Fresnel behandelt. Ein Teil der Welle wird übersandt, und Teil, wird mit dem Verhältnis abhängig vom Einfallswinkel und dem Winkel der Brechung widerspiegelt. Auf diese Weise erlangt physische Optik den Winkel von Brewster wieder.

Die meisten Quellen der elektromagnetischen Radiation enthalten eine Vielzahl von Atomen oder Molekülen, die Licht ausstrahlen. Die Orientierung der elektrischen von diesen Emittern erzeugten Felder darf nicht aufeinander bezogen werden, in welchem Fall, wie man sagt, das Licht unpolarisiert wird. Wenn es teilweise Korrelation zwischen den Emittern gibt, wird das Licht teilweise polarisiert. Wenn die Polarisation über das Spektrum der Quelle entspricht, kann teilweise polarisiertes Licht als eine Überlagerung eines völlig unpolarisierten Bestandteils und eine völlig polarisierte beschrieben werden. Man kann dann das Licht in Bezug auf den Polarisationsgrad und die Rahmen der Polarisationsellipse beschreiben.

Durch glänzende durchsichtige Materialien widerspiegeltes Licht wird teilweise oder völlig polarisiert, außer, wenn das Licht (Senkrechte) zur Oberfläche normal ist. Es war diese Wirkung, die dem Mathematiker Etienne Louis Malus erlaubt hat, die Maße zu machen, die seine Entwicklung der ersten mathematischen Modelle für das polarisierte Licht berücksichtigt haben. Polarisation kommt vor, wenn Licht in der Atmosphäre gestreut wird. Das gestreute Licht erzeugt die Helligkeit und Farbe in klaren Himmeln. Diese teilweise Polarisation des gestreuten Lichtes kann ausgenutzt werden, sich spaltende Filter zu verwenden, um den Himmel in Fotographien dunkel zu machen. Optische Polarisation ist in der Chemie wegen des Circulardichroismus und der optischen Folge ("kreisförmige Doppelbrechung") ausgestellt durch optisch aktive (chiral) Moleküle hauptsächlich wichtig.

Moderne Optik

Moderne Optik umfasst die Gebiete der optischen Wissenschaft und Technik, die populär im 20. Jahrhundert geworden ist. Diese Gebiete der optischen Wissenschaft beziehen sich normalerweise auf die elektromagnetischen Eigenschaften oder Quant-Eigenschaften des Lichtes, aber schließen wirklich andere Themen ein. Ein Hauptteilfeld der modernen Optik, Quant-Optik, befasst sich spezifisch mit Quant mechanische Eigenschaften des Lichtes. Quant-Optik ist nicht nur theoretisch; einige moderne Geräte, wie Laser, haben Grundsätze der Operation, die von Quant-Mechanik abhängen. Leichte Entdecker, wie Photovermehrer und channeltrons, antworten auf individuelle Fotonen. Elektronische Bildsensoren, wie CCDs, stellen Schuss-Geräusch entsprechend der Statistik von individuellen Foton-Ereignissen aus. Licht ausstrahlende Dioden und photovoltaic Zellen können ohne Quant-Mechanik auch nicht verstanden werden. In der Studie dieser Geräte überlappt Quant-Optik häufig mit der Quant-Elektronik.

Spezialisierungsgebiete der Optik-Forschung schließen die Studie dessen ein, wie leicht mit spezifischen Materialien als in der Kristalloptik und metamaterials aufeinander wirkt. Andere Forschung konzentriert sich auf die Phänomenologie von elektromagnetischen Wellen als in der einzigartigen Optik, Optik, nichtlineare Optik, statistische Optik und Radiometrie nichtdarstellend. Zusätzlich haben sich Computeringenieure für die einheitliche Optik, Maschinenvision und photonic interessiert, der als mögliche Bestandteile der "folgenden Generation" von Computern rechnet.

Heute wird die reine Wissenschaft der Optik optische Wissenschaft oder optische Physik genannt, um es von angewandten optischen Wissenschaften zu unterscheiden, die optische Technik genannt werden. Prominente Teilfelder der optischen Technik schließen Beleuchtungstechnik, photonics, und optoelectronics mit praktischen Anwendungen wie Linse-Design, Herstellung und Prüfung von optischen Bestandteilen und Bildverarbeitung ein. Einige dieser Felder überlappen mit Nebelgrenzen zwischen den Thema-Begriffen, die ein bisschen verschiedene Dinge in verschiedenen Teilen der Welt und in verschiedenen Gebieten der Industrie bedeuten. Eine Berufsgemeinschaft von Forschern in der nichtlinearen Optik hat sich in den letzten mehreren Jahrzehnten wegen Fortschritte in der Lasertechnologie entwickelt.

Laser

Ein Laser ist ein Gerät, das Licht (elektromagnetische Radiation) durch einen Prozess genannt stimulierte Emission ausstrahlt. Der Begriff Laser ist ein Akronym für die Leichte Erweiterung durch die Stimulierte Emission der Radiation. Laserlicht ist gewöhnlich räumlich zusammenhängend, was bedeutet, dass das Licht entweder in einem schmalen, Balken der niedrigen Abschweifung ausgestrahlt wird, oder in einen mit der Hilfe von optischen Bestandteilen wie Linsen umgewandelt werden kann. Weil die Mikrowellenentsprechung vom Laser, der Maser, zuerst entwickelt wurde, werden Geräte, die Mikrowellen- und Radiofrequenzen ausstrahlen, gewöhnlich Masern genannt.

Der erste Arbeitslaser wurde am 16. Mai 1960 von Theodore Maiman an Forschungslabors von Hughes demonstriert. Als zuerst erfunden sie "eine Lösung genannt wurden, nach einem Problem suchend". Seitdem sind Laser eine Milliardendollarindustrie geworden, Dienstprogramm in Tausenden von hoch verschiedenen Anwendungen findend. Die erste Anwendung von in den täglichen Leben der allgemeinen Bevölkerung sichtbaren Lasern war der Supermarkt-Strichcode-Scanner, eingeführt 1974. Der laserdisc Spieler, vorgestellt 1978, war das erste erfolgreiche Verbraucherprodukt, um einen Laser einzuschließen, aber der CD-Spieler war das erste laserausgestattete Gerät, um aufrichtig in den Häusern von Verbrauchern üblich zu werden, 1982 beginnend. Diese optischen Speichergeräte verwenden einen weniger als ein Millimeter breiten Halbleiter-Laser, um die Oberfläche der Scheibe für die Datenwiederauffindung zu scannen. Mit der Fasersehkommunikation verlässt sich auf Laser, um große Beträge der Information mit der Geschwindigkeit des Lichtes zu übersenden. Andere allgemeine Anwendungen von Lasern schließen Laserdrucker und Laserzeigestöcke ein. Laser werden in der Medizin in Gebieten wie blutlose Chirurgie, Laseraugenchirurgie und Laserfestnahme-Mikrosezieren und in militärischen Anwendungen wie Raketenverteidigungssysteme, electro-optische Gegenmaßnahmen (EOCM) und LIDAR verwendet. Laser werden auch in Hologrammen, bubblegrams, leichten Lasershows und Laserhaareliminierung verwendet.

Anwendungen

Optik ist ein Teil des täglichen Lebens. Die Allgegenwart von Sehsystemen in der Biologie zeigt die Hauptrolle-Optik-Spiele als die Wissenschaft von einem der fünf Sinne an. Viele Menschen ziehen aus Brille oder Kontaktlinsen einen Nutzen, und Optik ist zur Wirkung von vielen Konsumgütern einschließlich Kameras integriert. Regenbogen und Sinnestäuschungen sind Beispiele von optischen Phänomenen. Optische Kommunikation stellt das Rückgrat sowohl für das Internet als auch für die moderne Telefonie zur Verfügung.

Menschliches Auge

Die menschlichen Augenfunktionen durch die Fokussierung des Lichtes auf eine Reihe von Photoempfänger-Zellen haben die Netzhaut genannt, die den Rücken des Auges bedeckt. Die Fokussierung wird durch eine Reihe von durchsichtigen Medien vollbracht. Licht, das ins Auge eingeht, geht zuerst durch die Hornhaut, die viel optische Macht des Auges zur Verfügung stellt. Das Licht geht dann durch die Flüssigkeit gerade hinter der Hornhaut — der vordere Raum weiter, führt dann den Schüler durch. Das Licht führt dann die Linse durch, die das Licht weiter einstellt und Anpassung des Fokus erlaubt. Das Licht führt dann den Hauptkörper von Flüssigkeit im Auge — der Glashumor durch, und erreicht die Netzhaut. Die Zellen in der Netzhaut bedecken den Rücken des Auges, abgesehen davon, wo der Sehnerv abgeht; das läuft auf einen blinden Fleck hinaus.

Es gibt zwei Typen von Photoempfänger-Zellen, Stangen und Kegeln, die zu verschiedenen Aspekten des Lichtes empfindlich sind. Stange-Zellen sind zur Intensität des Lichtes über eine breite Frequenzreihe empfindlich, so sind für die Schwarzweißvision verantwortlich. Stange-Zellen sind auf dem fovea, dem Gebiet der Netzhaut nicht da, die für die Hauptvision verantwortlich ist und sind nicht so antwortend wie Kegel-Zellen auf räumliche und zeitliche Änderungen im Licht. Es, gibt jedoch, zwanzigmal mehr Stange-Zellen als Kegel-Zellen in der Netzhaut, weil die Stange-Zellen über ein breiteres Gebiet da sind. Wegen ihres breiteren Vertriebs sind Stangen für die peripherische Vision verantwortlich.

Im Gegensatz sind Kegel-Zellen zur gesamten Intensität des Lichtes weniger empfindlich, aber kommen in drei Varianten, die zu verschiedenen Frequenzreihen empfindlich sind und so in der Wahrnehmung der Farbe und photopic Vision verwendet werden. Kegel-Zellen werden im fovea hoch konzentriert und haben eine hohe Sehschärfe, die bedeutet, dass sie in der Raumentschlossenheit besser sind als Stange-Zellen. Da Kegel-Zellen zum gedämpften Licht nicht so empfindlich sind wie Stange-Zellen, wird der grösste Teil der Nachtvision auf Stange-Zellen beschränkt. Ebenfalls, da Kegel-Zellen im fovea sind, Hauptvision (einschließlich der Vision musste den grössten Teil des Lesens tun, feine Detail-Arbeit wie das Nähen oder sorgfältige Überprüfung von Gegenständen) wird durch Kegel-Zellen getan.

Wimpermuskeln um die Linse erlauben dem Fokus des Auges, angepasst zu werden. Dieser Prozess ist als Anpassung bekannt. Der nahe Punkt und weite Punkt definieren die nächsten und weitesten Entfernungen vom Auge, an dem ein Gegenstand in den scharfen Fokus gebracht werden kann. Für eine Person mit der normalen Vision wird der weite Punkt an der Unendlichkeit gelegen. Die Position des nahen Punkts hängt ab, wie viel die Muskeln die Krümmung der Linse vergrößern können, und wie unbiegsam die Linse mit dem Alter geworden ist. Optiker, Augenärzte und Optiker denken gewöhnlich, dass ein passender naher Punkt näher ist als normale Lesen-Entfernung — etwa 25 Cm.

Defekte in der Vision können mit optischen Grundsätzen erklärt werden. Als Menschenalter wird die Linse weniger flexibel, und der nahe Punkt tritt vom Auge, eine Bedingung bekannt als presbyopia zurück. Ähnlich können Leute, die unter hyperopia leiden, nicht die im Brennpunkt stehende Länge ihrer Linse genug vermindern, um nahe gelegene Gegenstände zu berücksichtigen, auf ihrer Netzhaut dargestellt zu werden. Umgekehrt leiden Leute, die die im Brennpunkt stehende Länge ihrer Linse genug nicht vergrößern können, um entfernte Gegenstände zu berücksichtigen, auf der Netzhaut dargestellt zu werden, unter Kurzsichtigkeit und haben einen weiten Punkt, der beträchtlich näher ist als Unendlichkeit. Eine als Astigmatismus bekannte Bedingung resultiert, wenn die Hornhaut nicht kugelförmig ist, aber stattdessen in einer Richtung mehr gebogen wird. Das veranlasst horizontal erweiterte Gegenstände, auf verschiedene Teile der Netzhaut eingestellt zu werden, als vertikal verlängerte Gegenstände, und läuft auf verdrehte Images hinaus.

Alle diese Bedingungen können mit Verbesserungslinsen korrigiert werden. Für presbyopia und hyperopia stellt eine konvergierende Linse die Extrakrümmung zur Verfügung, die notwendig ist, um den nahen am Auge näheren Punkt zu bringen, während für Kurzsichtigkeit eine abweichende Linse die Krümmung zur Verfügung stellt, die notwendig ist, um den weiten Punkt an die Unendlichkeit zu senden. Astigmatismus wird mit einer zylindrischen Oberflächenlinse korrigiert, die sich stärker in einer Richtung biegt als in einem anderen, die Nichtgleichförmigkeit der Hornhaut ersetzend.

Die optische Macht von Verbesserungslinsen wird in Dioptrien, ein Wert gemessen, der dem Gegenstück der im Brennpunkt stehenden in Metern gemessenen Länge gleich ist; mit einer positiven im Brennpunkt stehenden Länge entsprechend einer konvergierenden Linse und einer negativen im Brennpunkt stehenden Länge entsprechend einer abweichenden Linse. Für Linsen, die für Astigmatismus ebenso korrigieren, werden drei Zahlen gegeben: ein für die kugelförmige Macht, ein für die zylindrische Macht, und ein für den Winkel der Orientierung des Astigmatismus.

Seheffekten

Optische Täuschungen (hat auch Sehtrugbilder genannt), werden durch visuell wahrgenommene Images charakterisiert, die sich von der objektiven Wirklichkeit unterscheiden. Die durch das Auge gesammelte Information wird im Gehirn bearbeitet, um einen percept zu geben, der sich vom Gegenstand unterscheidet, der wird darstellt. Optische Täuschungen können das Ergebnis einer Vielfalt von Phänomenen einschließlich physischer Effekten sein, die Images schaffen, die von den Gegenständen verschieden sind, die sie, die physiologischen Effekten auf die Augen und das Gehirn der übermäßigen Anregung (z.B Helligkeit, Neigung, Farbe, Bewegung), und kognitive Trugbilder machen, wo das Auge und Gehirn unbewusste Schlussfolgerungen machen.

Kognitive Trugbilder schließen einige ein, die sich aus der unbewussten falschen Verwendung von bestimmten optischen Grundsätzen ergeben. Zum Beispiel scheinen das Zimmer von Ames, Hering, Müller-Lyer, Orbison, Ponzo, Sander, und die Trugbilder von Wundt, die sich alle auf den Vorschlag des Äußeren der Entfernung verlassen, indem sie konvergierend verwenden und Linien, ebenso diese Parallele leichte Strahlen abweichen (oder tatsächlich jeder Satz von parallelen Linien), an einem verschwindenden Punkt an der Unendlichkeit in zweidimensional gemachten Images mit der künstlerischen Perspektive zusammenzulaufen. Dieser Vorschlag ist auch für das berühmte Mondtrugbild verantwortlich, wo der Mond, trotz, im Wesentlichen dieselbe winkelige Größe zu haben, viel größer in der Nähe vom Horizont scheint, als es am Zenit tut. Dieses Trugbild hat so Ptolemy verwechselt, dass er es falsch der atmosphärischen Brechung zugeschrieben hat, als er es in seiner Abhandlung, Optik beschrieben hat.

Ein anderer Typ der optischen Täuschung nutzt gebrochene Muster aus, um die Meinung ins Wahrnehmen symmetries oder die Asymmetrien zu beschwindeln, die nicht da sind. Beispiele schließen die Café-Wand, Ehrenstein, Spirale von Fraser, Poggendorff und Trugbilder von Zöllner ein. Zusammenhängend, aber nicht ausschließlich Trugbilder, sind Muster, die wegen der Überlagerung von periodischen Strukturen vorkommen. Zum Beispiel erzeugen durchsichtige Gewebe mit einer Bratrost-Struktur Gestalten bekannt als moiré Muster, während die Überlagerung von periodischen durchsichtigen Mustern, die parallele undurchsichtige Linien oder Kurven umfassen, Linie moiré Muster erzeugt.

Optische Instrumente

Einzelne Linsen haben eine Vielfalt von Anwendungen einschließlich fotografischer Linsen, Verbesserungslinsen und Vergrößerungsgläser, während einzelne Spiegel in parabolischen Reflektoren und Rückspiegeln verwendet werden. Mehrere Spiegel verbindend, erzeugen Prismen und Linsen zusammengesetzte optische Instrumente, die praktischen Nutzen haben. Zum Beispiel ist ein Periskop einfach zwei Flugzeug-Spiegel, die ausgerichtet sind, um Betrachtung um Hindernisse zu berücksichtigen. Die berühmtesten zusammengesetzten optischen Instrumente in der Wissenschaft sind das Mikroskop und das Fernrohr, die beide von den Holländern gegen Ende des 16. Jahrhunderts erfunden wurden.

Mikroskope wurden zuerst mit gerade zwei Linsen entwickelt: eine objektive Linse und ein Okular. Die objektive Linse ist im Wesentlichen ein Vergrößerungsglas und wurde mit einer sehr kleinen im Brennpunkt stehenden Länge entworfen, während das Okular allgemein eine längere im Brennpunkt stehende Länge hat. Das hat die Wirkung, vergrößerte Images von nahen Gegenständen zu erzeugen. Allgemein wird eine zusätzliche Quelle der Beleuchtung verwendet, da vergrößerte Images wegen der Bewahrung der Energie und des Verbreitens von leichten Strahlen über eine größere Fläche dunkler sind. Moderne Mikroskope, bekannt als zusammengesetzte Mikroskope haben viele Linsen in ihnen (normalerweise vier), um die Funktionalität zu optimieren und Bildstabilität zu erhöhen. Eine ein bisschen verschiedene Vielfalt des Mikroskops, des Vergleich-Mikroskops, schaut auf nebeneinander Images, um eine stereoskopische beidäugige Ansicht zu erzeugen, die dreidimensional, wenn verwendet, durch Menschen scheint.

Die ersten Fernrohre, genannt brechende Fernrohre wurden auch mit einem einzelnen Ziel und Okular-Linse entwickelt. Im Gegensatz zum Mikroskop wurde die objektive Linse des Fernrohrs mit einer großen im Brennpunkt stehenden Länge entworfen, um optische Abweichungen zu vermeiden. Das Ziel stellt ein Image eines entfernten Gegenstands an seinem Brennpunkt ein, der angepasst wird, um am Brennpunkt eines Okulars einer viel kleineren im Brennpunkt stehenden Länge zu sein. Die Hauptabsicht eines Fernrohrs ist nicht notwendigerweise Vergrößerung, aber eher Sammlung des Lichtes, das durch die physische Größe der objektiven Linse bestimmt wird. So werden Fernrohre normalerweise durch die Diameter ihrer Ziele aber nicht durch die Vergrößerung angezeigt, die durch die Schaltung von Okularen geändert werden kann. Weil die Vergrößerung eines Fernrohrs der im Brennpunkt stehenden Länge des durch die im Brennpunkt stehende Länge des Okulars geteilten Ziels gleich ist, verursachen kleinere Okulare der im Brennpunkt stehenden Länge größere Vergrößerung.

Seit dem Fertigen großer Linsen ist viel schwieriger als das Fertigen großer Spiegel, modernste Fernrohre widerspiegeln Fernrohre, d. h. Fernrohre, die einen primären Spiegel aber nicht eine objektive Linse verwenden. Dieselben allgemeinen optischen Rücksichten gelten für nachdenkende Fernrohre, die für brechende Fernrohre nämlich gegolten haben, je größer der primäre Spiegel, desto leichter gesammelt, und die Vergrößerung noch der im Brennpunkt stehenden Länge des primären durch die im Brennpunkt stehende Länge des Okulars geteilten Spiegels gleich ist. Berufsfernrohre haben allgemein Okulare nicht und legen stattdessen ein Instrument (häufig ein ladungsgekoppelter Halbleiterbaustein) am Brennpunkt stattdessen.

Fotografie

Die Optik der Fotografie ist mit beiden Linsen und dem Medium verbunden, in dem die elektromagnetische Radiation, ob es registriert wird, ein Teller, Film oder ladungsgekoppelter Halbleiterbaustein sein. Fotografen müssen die Reziprozität der Kamera und des Schusses denken, der durch die Beziehung zusammengefasst wird

:Exposure  ApertureArea × ExposureTime × SceneLuminance

Mit anderen Worten, je kleiner die Öffnung (das Geben größerer Tiefe des Fokus), desto das weniger leichte Eingehen, so muss die Zeitdauer vergrößert werden (das Führen zu möglicher Verschwommenkeit, wenn Bewegung vorkommt). Ein Beispiel des Gebrauches des Gesetzes der Reziprozität ist die 16 Sonnenregel, die eine Überschlagsrechnung für die Einstellungen gibt, musste die richtige Aussetzung im Tageslicht schätzen.

Eine Öffnung einer Kamera wird durch eine unitless Zahl genannt die F-Zahl oder den F-Halt, #, häufig in Notenschrift geschrieben als, und gegeben durch gemessen

:

wo die im Brennpunkt stehende Länge ist, und das Diameter des Eingangsschülers ist. Durch die Tagung, "#" wird als ein einzelnes Symbol behandelt, und spezifische Werte # werden durch das Ersetzen des Zahl-Zeichens mit dem Wert geschrieben. Die zwei Weisen, den F-Halt zu vergrößern, sind, das Diameter des Eingangsschülers entweder zu vermindern oder sich zu einer längeren im Brennpunkt stehenden Länge zu ändern (im Fall von einem Zoomobjektiv, das kann durch die einfache Anpassung der Linse getan werden). Höhere F-Zahlen haben auch eine größere Tiefe des Feldes wegen der Linse, die sich der Grenze einer Nadelloch-Kamera nähert, die im Stande ist, alle Images vollkommen unabhängig von der Entfernung einzustellen, aber sehr lange Aussetzungszeiten verlangt.

Das Feld der Ansicht, dass die Linse Änderungen mit der im Brennpunkt stehenden Länge der Linse versorgen wird. Es gibt drei grundlegende Klassifikationen, die auf der Beziehung zur diagonalen Größe des Films oder Sensorgröße der Kamera zur im Brennpunkt stehenden Länge der Linse gestützt sind:

  • Normale Linse: Der Winkel der Ansicht von ungefähr 50 ° (hat normal genannt, weil dieser Winkel grob als gleichwertig zur menschlichen Vision betrachtet hat), und eine im Brennpunkt stehende Länge, die ungefähr der Diagonale des Films oder Sensors gleich ist.
  • Weitwinkel-Linse: Winkel der Ansicht, die breiter ist als 60 ° und im Brennpunkt stehende Länge kürzer als eine normale Linse.
  • Lange Fokus-Linse: Winkel der Ansicht, die schmal ist als eine normale Linse. Das ist jede Linse mit einer im Brennpunkt stehenden Länge, die länger ist als das diagonale Maß des Films oder Sensors. Der allgemeinste Typ der langen Fokus-Linse ist das Teleobjektiv, ein Design, das eine spezielle Fernaufnahmegruppe verwendet, um physisch kürzer zu sein, als seine im Brennpunkt stehende Länge.

Moderne Zoomobjektive können einige oder alle diese Attribute haben.

Der absolute Wert für die erforderliche Belichtungszeit hängt ab, wie empfindlich, um das Medium anzuzünden, das wird verwendet (gemessen durch die Filmempfindlichkeit, oder, für Digitalmedien, durch die Quant-Leistungsfähigkeit) ist. Frühe Fotografie hat Medien verwendet, die sehr niedrige leichte Empfindlichkeit hatten, und so mussten Aussetzungszeiten sogar für sehr helle Schüsse lang sein. Weil sich Technologie, so die Empfindlichkeit durch Filmkameras und Digitalkameras verbessert hat.

Andere Ergebnisse von physischer und geometrischer Optik gelten für die Kameraoptik. Zum Beispiel wird die maximale Entschlossenheitsfähigkeit zu einer besonderen Kameraeinstellung durch die Beugungsgrenze bestimmt, die mit der Schülergröße vereinigt ist und grob durch das Kriterium von Rayleigh gegeben ist.

Atmosphärische Optik

Die einzigartigen optischen Eigenschaften der Atmosphäre verursachen eine breite Reihe von sensationellen optischen Phänomenen. Die blaue Farbe des Himmels ist ein direktes Ergebnis des Zerstreuens von Rayleigh, das höhere Frequenz (blaues) Sonnenlicht zurück ins Feld der Ansicht vom Beobachter umadressiert. Weil blaues Licht leichter gestreut wird als roter Licht, übernimmt die Sonne einen rötlichen Farbton, wenn es durch eine dicke Atmosphäre, als während eines Sonnenaufgangs oder Sonnenuntergangs beobachtet wird. Die zusätzliche particulate Sache im Himmel kann verschiedene Farben in verschiedenen Winkeln streuen, die bunte glühende Himmel am Halbdunkel und Morgendämmerung schaffen. Das Zerstreuen von Eiskristalle und anderer Partikeln in der Atmosphäre ist für halos, afterglows, Koronen, Strahlen des Sonnenlichtes und Sonne-Hunde verantwortlich. Die Schwankung in diesen Arten von Phänomenen ist wegen verschiedener Partikel-Größen und Geometrie.

Sinnestäuschungen sind optische Phänomene, in denen leichte Strahlen wegen Thermalschwankungen im Brechungsindex von Luft gebogen werden, versetzte oder schwer verdrehte Images von entfernten Gegenständen erzeugend. Andere dramatische optische damit vereinigte Phänomene schließen die Wirkung von Novaya Zemlya ein, wo die Sonne scheint, sich früher zu erheben, als vorausgesagt mit einer verdrehten Gestalt. Eine sensationelle Form der Brechung kommt mit einer Temperaturinversion genannt die Luftspiegelung vor, wo Gegenstände auf dem Horizont oder sogar außer dem Horizont, wie Inseln, Klippen, Schiffe oder Eisberge, verlängert und erhöht, wie "Märchen-Schlösser" scheinen.

Regenbogen sind das Ergebnis einer Kombination des inneren Nachdenkens und dispersive Brechung des Lichtes in Regentropfen. Ein einzelnes Nachdenken von den Rücken einer Reihe von Regentropfen erzeugt einen Regenbogen mit einer winkeligen Größe auf dem Himmel, der sich von 40 ° bis 42 ° mit dem Rot auf der Außenseite erstreckt. Doppelte Regenbogen werden durch zwei inneres Nachdenken mit der winkeligen Größe von 50.5 ° zu 54 ° mit dem Violett auf der Außenseite erzeugt. Weil Regenbogen mit der Sonne 180 ° weg vom Zentrum des Regenbogens gesehen werden, sind Regenbogen das nähere prominenter, das die Sonne zum Horizont ist.

Siehe auch

  • Wichtige Veröffentlichungen in der Optik
  • Liste von optischen Themen
Weiterführende Literatur

Links

Relevante Diskussionen

Lehrbücher und Tutorenkurse

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Gesellschaften


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