Оптика

Оптика (гр. optіke – көзбен қабылдау жөніндегі ғылым, optas – көрінетін) – физиканың сәуле (жарық) шығару табиғатын, жарықтың таралуын және оның затпен әсерлесу құбылыстарын зерттейтін бөлімі. 

 

Жарық

Жарық электро-магниттік толқын болғандықтан Оптика электро-магниттік өріс жөніндегі жалпы ілімнің (электрдинамиканың) бір бөлігі болып табылады. Оптикалық сәулелер толқын ұзындығы (λ) бойынша 1 нм-ден 1 мм-ге, бір жағынан рентген, ал екінші жағынан радиосәуленің микротолқындық диапазонына дейінгі аралықты қамтиды. Оптика қалыптасқан дәстүр бойынша геометриялық, физикалық және физиологиялық Оптика болып бөлінеді. Геометриялық Оптика жарықтың табиғатына назар аудармай, тек оның таралуының тәжірибелік заңдарына сүйеніп, өзара тәуелсіз жарық сәулелерінің біртекті ортада түзу сызықтар бойымен таралуын, әртекті орталар шекарасындағы шағылу және сыну заңдылықтарын зерттейді. Бұл заңдылықтар әр түрлі оптикалық құрылымдарды жобалауға, есептеуге (көзілдірік, микроскоп, телескоп, т.б.) мүмкіндік береді. Сонымен қатар ол жарық әртекті орта арқылы өткенде байқалатын құбылыстарды (сағым, кемпірқосақ, т.б.) зерттейді. Есептеу математикасының кеңінен қолданылуы, әдістемелерінің дамып жетілуі есептеу Оптикасы деген жаңа бағыттың дамуына алып келді. Жарық шамаларын өлшейтін Оптиканың фотометрия бөлімі де іс жүзінде жарықтың табиғатын ескермейді. Оның бірқатар мәселелері адам көзінің жарықты сезу, қабылдау қабілетіне байланысты шешіледі. Бұл заңдылықтар биофизика мен психологияға және көздің көру механизмдеріне сүйенетін физиол. Оптикада зерттеледі. Жарықтың табиғаты, оған байланысты әр түрлі оптикалық құбылыстар (интерференция, дифракция, полярлануы және жарықтың анизотроптық орталарда таралуы, т.б.) физикалық Оптикада зерттеледі. Жарықтың толқындық қасиеттері физикалық Оптиканың негізгі бөлімі – толқындық Оптикада зерттеледі. Толқындық Опитканың негізін Х.Гюйгенс (1629 – 1695), Т.Юнг (1773 – 1829), О.Френель (1788 – 1827) және т.б. қалаған. Гюйгенстің Оптикаға қосқан, осы кезге дейін маңызын жоймаған ең басты үлесі – Гюйгенс – Френель принципі.

Жарықталған оптика

Жарықталған оптика-- кейбір элементтерінің жарық шағылу коэффициенттері оларға арнайы жапкыштар жағу жолымен азайтылған оптикалык жүйе.

Оптиканың жарықталуы

Оптиканың жарықталуы - оптикалық жұйе тетіктерінің шағылу коэффициентін оларға арнайы жапқыштар жағу жолымен азайту.

М.Фарадей

М.Фарадей (1791 – 1867) 1848 жылы жарықтың поляризация жазықтығының бұрылуын ашып, жарықтың көлденең электро-магниттік толқын екендігін және физиканың электрмагнитизм және Оптика бөлімдерінің арасындағы тікелей байланысты көрсетті. Фарадей тәжірибелерінің нәтижелеріне сүйеніп Дж.Максвелл (1831 – 1879) осы байланыстарды сипаттайтын электро-магниттік өрістің біртұтас теңдеулерін (1865 – 67) қорытып шығарды. Жарық тарайтын ортаның қасиеттерін осы теңдеулердегі макроскопиялық тұрақтылар – диэлетрлік өтімділік (ε) пен магнит өтімділік (µ) сипаттайды. Ортаның сыну көрсеткіші осы тұрақтылар арқылы анықталады.

Лоренц

Жарықтың электро-магниттік теориясының Лоренцтің электрондық теориясымен толықтырылуы Оптиканың дамуындағы маңызды кезең болып саналады. Бірақ көптеген жетістіктерге қарамастан классикалық электрдинамика жарықтың шығу және жұтылу процестерін түбегейлі түсіндіре алмады. Абсолют қара дененің жылулық сәуле шығару энергиясының толқын ұзындығына тәуелділігін талдау теория мен тәжірибе арасындағы қайшылықты көрсетті.

М.Планк

Осы мәселені зерттеу (1900) арқылы М.Планк: қарапайым тербелмелі жүйе (атом, молекула) шығаратын не жұтатын электро-магниттік толқын энергиясы тербеліс жиілігіне пропорционал жеке үлестерден – кванттардан (фотондардан) тұрады деген тұжырымға келді.

А.Эйнштейн

Түсініктерге қайшы келген осы тұжырым негізінде А.Эйнштейн 1905 жылы фотоэффект құбылысының негізгі заңдарын түсіндірді. Фотоэффект құбылысы жарық табиғатындағы екіжақтылықты, толқындық та корпускулалық та қасиеттерді көрсетті. 1916 жылы Эйнштейн еріксіз сәуле шығару теориясын жасап, соның негізінде 1954 жылы сантиметрлік диапозонда еріксіз монохроматты сәуле шығаратын алғашқы кванттық генераторлар [мазерлер, А.М. Прохоров, Н.Г. Басов (КСРО) және Ч.Таунс (АҚШ)], 1960 жылы когеренттік жарық сәулесін шығаратын рубиндік лазер [Т.Мейман (АІШ)] жасалып, Оптиканың маңызы арта түсті. Лазерлерді қолдану атомның, молекуланың және конденсацияланған ортаның құрылысы мен оларда өтетін процестер жайлы мол деректер беретін лазерлік спектроскопияны күрт дамытты. 1948 жылы ағылшын физигі Д.Габор негізін қалаған голография әдісі лазер пайда болғаннан кейін нысанның көлемдік кескінін алудың, шапшаң өтетін процестерді тіркеудің және денелердегі ығысу мен кернеулерді зерттеудің жаңа мүмкіндіктерін туғызды. Жарық интерференциясы арқылы аса дәл өлшеу әдістері, кванттық оптикалық аппараттар (фотоэлементтер, фотоэлектрондық көбейткіштер, т.б.), полярлану мен дифракция құбылыстарына негізделген аса сезгіш оптикалық аппараттар өмірде кеңінен қолданылады. Фотографияның негізінде жатқан фотохимиялық процестер Оптика мен химияның шекарасындағы сала – фотохимияда зерттеледі. Өткен 20 ғасырдың 70-жылдары есептеу техникасы мен ақпараттану мәселелерін шешуге голография принциптерін қолдану интегралдық Оптика деген жаңа саланың дамуына алып келді. Лазердің қолданылуына байланысты Оптикалық локация және Оптикалық байланыс жүйелері пайда болды. Оптикалық құбылыстарды бақылау және талдау қазіргі заманның негізгі физикалық теориялары кванттық механика мен салыстырмалық теориясының пайда болуына себеп болды. 

Радиооптика

Радиооптика - радиофизиканың және оптиканың когерентті электромагниттік толқындарды алу және оның қасиеттері жайлы жалпы теориялық ұғымдарды қамтитын бөлімі. 

Оптикалық аспаптар

Оптикалық аспаптар — құрамында оптикалық үлкейткіш линзалар бар аспаптар. Оптикалық аспаптарға оптиметрлер, өлшеуіш микроскоптар, оптикаторлар және т.б. жатады.

Оптикалық әйнек

Оптикалық әйнек (орыс. оптическое стекло) - аса мөлдір біртекті химиялық түрақты әйнек. Оптикалық әйнек сыну көрсеткіші 1,47 ... 2,04 және дисперсия коэффициенті 70 ... 78. Оптикалық әйнек крон және флинт болып бөлінеді. Біріншісінде сыну көрсеткіші аз да дисперсиясы үлкен, ал екіншісінде сол көрсеткіштер керісінше болады. Оптикалық әйнек оптикалық құралдар мен аспаптарда қолданылады.

Оптикалық бұрышөлшер

Оптикалық бұрышөлшер (орыс. оптические угломеры) - 0 ... 180° бүрыштарды өлшеуге арналған аспап. Оның дәлдігі 5'.

Оптикалық күш

Оптикалық күш (орыс. оптическая сила) - оптикалық жүйенің сындыру әсерін сипаттайтын шама. Ауадағы оптикалық жүйе үшін Оптикалық күш Ф=1//; мүнда /— жүйенің фокустық қашықтығы, м, ал Ф диоптриямен көрсетіледі. Жинақтау линзаларының Оптикалық күш — оң, ал шашырату линзаларының Оптикалық күш — теріс болады.

Оптикалық сына

Оптикалық сына (орыс. оптический клин) — мөлдірлігі үзындық бойымен өзгеріп түратын тілімше түрдегі немесе оптикалық жүйелерде жарық сәулелер шоғын байсалды немесе сатылы түрде өзгерту үшін қолданылатын сына тәріздес диафрагма түріндегі құрылғы. Оптикалық сына фотометрияда, оптикалық спектроскопияда, сонымен қатар әртүрлі оптика-механикалық аспаптарда және т.б. қолданылады.

Оптикалық тығыздық

Оптикалық тығыздық (орыс. оптическая плотность) оптикалық ортаның сипаттамасы. Оптикалық тығыздық өту коэффициентіне г кері шаманың ондық логарифмімен көрсетіледі. D = lg (1/г). О.т. бояулардың қабаттарында, шаранағында және т.б. сіңіргіш заттарда айқындалған фотографиялық қабаттарда, жарық сүзгілерде және т.б. оптикалық бүйымдарда жарықтың сіңуін сипаттайды.

Оптикалық ұзындықөлшер

Оптикалық ұзындықөлшер (орыс. оптический длиномер) - жоғары дәлдікпен жасалынған, мысалы, тегіс бүрандалы мөлшерлегіштердің және т.с.с. тетіктердің сыртқы өлшемдерін абсолюттік, салыстырмалы түрде өлшеуге арналған аспап. Оптикалық ұзындықөлшер бөлу мөлшері 0,1 мкм. Оптикалық ұзындықөлшер өлшеуіш бастиектен, вертикальді тығыннан, микроскоптан түрады.

Оптика-механикалық өлшеу аспаптары

Оптика-механикалық өлшеу аспаптары - (орыс. оптико-механические измерительные приборы) - әртүрлі бүйымдарды жоғары дәлдікпен өлшеуге арналған аспаптар. Сондықтан олар өнеркәсіпте кеңінен таралған. Оптика-механикалық өлшеу аспаптары механикалық бастиектерге қарағанда өлшеу шегі кең, цифрлық есептеуі бар көрсеткіш қалқаны да болуы мүмкін. Қажетіне қарай оларды өндіріс процестерін автоматты түрде басқаруда қолдануға болады. Оптика-механикалық өлшеу аспаптары түйіспелі (оптиметрлер, үзындықөлшер, өлшеу машиналары) және түйіспесіз (микроскоптар, проекторлар) түрлері болады.

Оптикатор

Оптикатор (орыс. оптикатор) — дәлдігі өте жоғары оптикалық схемалар мен механикалық серіппелі берілістерді қоса пайдалануға негізделген аспап. Микроскоптарға қарағанда сезгіштігі екі есе жоғары. Модельдеріне қарай оптикаторлардың бөлу мөлшері 0,0001 .... 0,001 мм. Өлшеу шектері • 0,012 ... 0,125 мм, рауалы қателіктері 0,05 ... 0,4 мкм.

Оптиметр

Оптиметр (гр. opto's — көрінетін және metre - өлшеймін) — өте дәл сызықтық өлшеулерге арналған салыстырмалы әдіспен өлшейтін аспап. Оптиметрде түрлендіргіш элементтің міндетін иінтіректі оптикалық механизм атқарады. Оптиметрдің горизонталды және вертикалды түрлері болады. Олар окулярмен немесе проекциялық экранмен жасалады. Бөлу мөлшері 0,2 және 1мкм, өлшеу шегі 500 мм.