Das Wellenoptik, auch genannt physikalische Optik, untersucht das Verhalten von Licht in seiner Manifestation als Welle. Licht ist eine elektromagnetische Welle und wurde bereits von James Clerk Maxwell (1831-1879) in seinen Gleichungen vorhergesagt.
Daher erfährt Licht die gleichen Phänomene wie jede andere Art von Welle. Auf mikroskopischer Ebene wird Licht von Atomen und Molekülen in Materie erzeugt, die sich einer internen Elektronenumstrukturierung unterziehen. Und durch diese Prozesse wird Licht emittiert, das aus einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld besteht, die beide zeitabhängig sind und sich gegenseitig erzeugen..
Solche senkrecht gekoppelten Felder bewegen sich wie eine Welle, die sich im Vakuum quer ausbreiten kann. Das heißt, die Welle schwingt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und die Geschwindigkeit der Welle ist konstant und im Vakuum beträgt sie 300.000 km / s.
Wenn Licht jedoch mit Materie interagiert, verhält es sich wie ein Teilchen. Dieses Teilchen heißt Photon und manifestiert sich unter anderem in Phänomenen wie Schwarzkörperstrahlung und photoelektrischem Effekt.
Deshalb ist die Optik in drei Bereiche unterteilt:
Wellenoptik ist der Bereich der Optik, der sich auf Wellenphänomene des Lichts konzentriert:
Obwohl Reflexion und Brechung auch Manifestationen von Licht sind, werden sie von der geometrischen Optik behandelt, wie oben erläutert. Hierfür nutzt er das Strahlenmodell, in dem Licht als gerade Linie beschrieben wird, die senkrecht zur Wellenfront vorrückt. Diese Strahlen sind unabhängig voneinander und vollständig reversibel..
In diesem Modell wird jedoch nicht in Betracht gezogen, dass Licht gebeugt wird, obwohl nachgewiesen wurde, dass dies möglich ist. Daher fehlt der geometrischen Optik ein ausreichender Spielraum, um viele Aspekte des Verhaltens von Licht zu erklären..
Da diese Phänomene nur in Wellen auftreten, bedeutet dies, dass Licht alle räumlichen und zeitlichen Eigenschaften einer Welle aufweist. Der erste Wissenschaftler, der dies vorschlug, war Christiaan Huygens (1629-1695), und aus diesem Grund hatte er einen erbitterten Streit mit Isaac Newton (1642-1727), der immer die korpuskuläre Natur des Lichts verteidigte..
Eine Welle ist eine sich wiederholende Störung, die im Prinzip als Sinuskurve modelliert werden kann, entweder als Transversal- oder Longitudinalwelle. Seine räumlichen Eigenschaften, dh sie beziehen sich auf die Form der Welle, sind:
-Grate und Täler: sind jeweils die höchsten und niedrigsten Positionen.
-Knoten: sind die Schnittpunkte der Welle mit der Referenzlinie, die der Gleichgewichtsposition entspricht.
-Wellenlänge: wird fast immer mit dem griechischen Buchstaben λ (Lambda) bezeichnet und als Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Graten oder Tälern gemessen. Oder auch zwischen einem Punkt und dem nächsten Punkt, der sich auf derselben Höhe befindet und zum nächsten oder vorherigen Zyklus gehört. Jeder Farbe im Spektrum des sichtbaren Lichts ist eine charakteristische Wellenlänge zugeordnet..
-Verlängerung: ist der vertikale Abstand, der zwischen einem zur Welle gehörenden Punkt und der Referenzlinie gemessen wird.
-Amplitude: entspricht der maximalen Dehnung.
In Bezug auf die zeitlichen Eigenschaften bewegt sich die Störung, wie bereits gesagt, zeitlich periodisch, daher hat eine Lichtwelle:
-Zeitraum, Dauer Zeit einer Phase.
-Frequenz: Anzahl der Wellen, die pro Zeiteinheit erzeugt werden. Periode und Frequenz sind invers zueinander.
-Geschwindigkeit: ist der Quotient zwischen der Wellenlänge λ und der Periode T:
v = λ / T.
Elektromagnetische Felder können sich an einem Punkt nach dem Prinzip der Überlagerung verbinden. Dies bedeutet, dass sich ihre jeweiligen elektromagnetischen Felder als Vektoren addieren, wenn sich zwei Lichtwellen gleicher Amplitude, Frequenz und Phasendifferenz φ an einem Punkt im Raum überlappen.
Interferenzen treten auf, weil die Welle, die sich aus der Überlagerung ergibt, eine größere Amplitude als die störenden Wellen haben kann oder im Gegenteil eine viel kleinere. Im ersten Fall wird gesagt, dass es auftritt konstruktive Beeinflussung, und im zweiten geht es um Destruktive Interferenz.
Der englische Wissenschaftler und Polyglotte Thomas Young (1773-1829) demonstrierte 1801 in seinem berühmten Doppelspaltexperiment erstmals die Interferenz von Lichtwellen aus zwei Quellen..
Die Beugung besteht aus der Abweichung vom geradlinigen Verhalten einer Welle, wenn sie auf ein Hindernis oder eine Öffnung auf ihrem Weg trifft, sofern deren Abmessungen der Wellenlänge ähnlich sind.
Die Beugung von Schallwellen ist sehr leicht zu erleben, aber da die Wellenlänge des sichtbaren Lichts in der Größenordnung von einigen hundert Nanometern sehr klein ist, ist die Bestimmung etwas komplexer..
Licht besteht aus zwei Feldern senkrecht zueinander, einem elektrischen und einem magnetischen, beide senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Nicht polarisiertes Licht besteht aus einer ungeordneten Überlagerung von Wellen, deren elektrisches Feld zufällige Richtungen hat, während bei polarisiertem Licht das elektrische Feld eine Vorzugsrichtung hat.
Optische Interferometer sind Geräte, mit denen Entfernungen mit hoher Präzision gemessen werden können. Darüber hinaus können sie auch Wellenlängen, Brechungsindizes und den Durchmesser benachbarter Sterne messen und das Vorhandensein von Exoplaneten nachweisen..
Das Michaelson-Morley-Experiment wurde mit einem Interferometer durchgeführt. In diesem Experiment wurde festgestellt, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist.
Die Polarimetrie ist eine Technik, die bei der chemischen Analyse von Substanzen durch Rotation eines polarisierten Lichtstrahls verwendet wird, der optisch durch eine Substanz tritt. In der Lebensmittelindustrie wird es häufig verwendet, um die Zuckerkonzentration in Getränken wie Säften und Weinen zu bestimmen..
In der Kommunikation wird Licht für seine Fähigkeit verwendet, Informationen zu transportieren, beispielsweise durch Glasfaser, Laser und Holographie.
Bisher hat noch niemand einen Kommentar zu diesem Artikel abgegeben.