Оптика

Wikipedia дан
Jump to navigation Jump to search
1728-ж. энциклопедиядагы «Оптика» жадыбалы

Оптикаэлектр-магниттик жарык толкунунун түрдүү аракет касиеттери (таралуу, сынуу, чагылуу, чачыроо, жутулуу, күчөө, басаңдоо ж. б.) жана Оптикалык техниканын чектик мүмкүнчүлүктөрү (ажыратуу жөндөмдүүлүгү, дисперсия, Оптикалык схема ж. б.) жөнүндөгү физиканын бөлүмү. Оптикалык нурлар теги боюнча электр-магниттик толкундар болгондуктан Оптика электр-магниттик талаа жөнүндөгү жалпы окуунун бөлүгүн түзөт. Толкун узундугунун диапазону 20 октаваны өз ичине камтып, толкун узундуктары кыска жагынан рентген нурлары, узун жагынан радионурлануунун микротолкундук диапазону менен чектелет. Оптикалык нурлардын тароо касиетин изилдөө салыштырмалуулук теориясынын ачылышына алып келди, нурланууну күчөтүү боюнча изилдөө иштери лазерлерди жаратты, оптикалык сүрөттөлүштөрдү изилдөө голографияны ачты, ал эми жарыктын жаралышын изилдөө атомдук физика илимин түптөдү. Оптика геометриялык, физикалык жана физиологиялык оптикага бөлүнөт.

Геометриялык оптика[оңдоо | булагын оңдоо]

Жарыктын жаратылышын карабай, анын Оптикалык чөйрөдөгү таралыш өзгөчөлүктөрүн үйрөтөт. Жарык нурлары чөйрөдө бири бирине көзкарандысыз тарап, оптикалык касиеттери түрдүү чөйрөлөрдүн чегарасында сынат, бир тектүү чөйрөдө түз сызык боюнча тарайт. Геометриялык оптиканын ыкмалары объектинин оптикалык сүрөттөлүшүнүн пайда болушун, анын айрым чекиттеринин берген сүрөттөлүштөрүнүн биримдиги катары үйрөнүүгө мүмкүндүк берет. Бул ыкмалар оптикалык бир тектүү эмес чөйрөлөр аркылуу нурлардын өтүүсүндө пайда болгон көп кубулуштарды (закым, күн желеси, жарык рефракциясы) түшүндүрөт. Геометриялык оптика, оптикалык приборлорду иштеп чыгууда жана аларды конструкциялоодо зор мааниге ээ. Геометриялык оптиканын ыкмалары практикада, мисалы, жарык техникасындагы иштерде көп колдонулат.

Физикалык оптика[оңдоо | булагын оңдоо]

Жарыктын жаратылышын жана аны менен байланышкан жарык кубулуштарын изилдейт. Жарыктын туурасынан кеткен электр-магниттик толкундар экендиги жарыктын дифракциясын, интерференциясын, поляризациясын жана анизотропиялык чөйрөлөрдөгү жарыктын таралышын көрсөткөн көп сандаган тажрыйбаларда далилденди. Толкундук оптиканын математикалык негиздери болуп классикалык электр-динамиканын негиздери болгон Максвеллдин теңдемелери эсептелет. Мында чөйрөнүн касиеттери макроскопикалык материалдык турактуулуктар: диэлектрдик өткөрүмдүүлүк жана магниттик өткөрүмдүүлүк менен мүнөздөлөт. Бул чоңдуктар чөйрөнүн сынуу көрсөткүчүн аныктайт.

Оптиканын маанилүү түшүнүгү; жарыктын сынуусу жана чагылуусу(мисалда, жарык нуру призмада жүрүшү)

Классикалык толкундук оптикадагы чөйрөнүн параметрлери жарыктын интенсивдүүлүгүнө көзкаранды эмес делип, оптикалык процесстер сызыктуу дифференциалдык тендемелер менен аныкталышат. Бирок чоң интенсивдүү жарык агымы тараган чөйрөнүн сынуу көрсөткүчү жарыктын электр талаасынын чыңалышына көзкаранды болот. Натыйжада эки чөйрөнүн чегарасындагы жарык шооласынын сынуу бурчу өзгөрүп жарык шооласы кысылат же кеңеет, сызыктуу эмес чөйрөдөн өткөндө жарыктын таралышын жакшы сүрөттөгөнү менен толкундук оптика анын нурлануу жана жутулуу процесстерин түшүндүрө албайт.

Бул процесстерди изилдөө, жарыктын түпкү булагы болгон атом, энергияны дискреттүү, квант түрүндө чыгара же жута тургандыгы далилденди. Натыйжада кванттык оптика пайда болду. Корпускулалык-толкундук дуализм, материалдык бөлүкчөлөрдүн тажрыйбада толкундук касиеттери аныкталгандан кийин биротоло бекемделди. Радиодиапазондо квант кубулуштарынын ачылышы менен радиофизика жана оптиканын арасындагы чек жоюлду. Квант күчөткүчтөрү жана квант генераторлору (мазер жана лазерлер) пайда болду. Фокустоочу системасыз оптикалык сүрөттөлүш (түспөл) алуу мүмкүндүгү, голографияны ачууга алып келди.

Заттардын түзүлүштөрүн үйрөнүүдө спектрдик анализ жана люминесценттик анализ чоң роль ойноду. Кийинки мезгилде лазердик спектроскоп жаралды. Интерферометр жарыктын толкун узундугун, тунук чөйрөлөрдүн сынуу көрсөткүчтөрүн, толкундун өтүү жолдорун, жылдыздардын бурчтук өлчөмдөрүн ж. б. аныктоодо колдонулат. Өнөржайларда алар нерселердин беттеринин жылмакайлыгын көзөмөлдөөдө, кичине жылыштарды аныктоодо жана башкалар пайдаланылат. Жарыктын поляризациясы жана анын негизинде жасалган поляриметрлер заттын түзүлүшүн изилдөөдө, кристаллдык оптикада, химия өнөржайларында колдонулат. Жарык дифракциясына негизделип жасалган дифракциялык торчолуу спектрдик приборлор (монохроматор, спектрограф, спектрофотометр ж. б.) бар.

Жарыктын чачырашын анализдөөгө негизделген оптикалык ыкмалар молекулалык физика үчүн чоң мааниге ээ болду. Нефелометрия эритмелердеги жана полимерлердеги молекулалардын өз ара таасирлерин, коллоиддик системалардагы, аэрозолдогу макромолекулалардын энергиялык деңгээлдеринин түзүлүшү жөнүндөгү баалуу маалыматтар, жарыктын айкалыш чачырашын, Мандельштам – Бриллюэн чачырашын жана жарыктын аргасыздан чачырашын үйрөнүүдө алынат. Фотоэффект кубулушуна негизделип жасалган фотоэлемент, ФЭУ, фотокаршылыктар, фотодиоддор, электрон-оптикалык өзгөртүп түзгүчтөр чоң практикалык колдонууларга ээ. Фотоэлемент Күн нурунун энергиясын электр энергиясына айландырууда колдонулат (Күн батареялары).

Электрондук эсептегич техникаларда оптиканын жаңы багыты болгон оптоэлектроника чоң роль ойнойт. Лазердин пайда болушу оптикалык локацияга жана оптикалык байланыш жүргүзүүгө алып келди. Оптика өзүнүн бардык өнүгүшүндө тажрыйбалык керектөөлөр менен тыгыз байланышта болгон байыркы илимдердин бири.

Призмадагы жарык дисперсиясынын көрүнүтүү сүрөттөлүшү

Жарыктын түз сызыгы боюнча таралышы биздин заманга чейин 5 миң жыл мурун Месопотамия калкына белгилүү болгон. Пифагор (б. з. ч. 6-к.) жарык майда бөлүкчөлөр түрүндө булактан тараларын айткан. Аристотель, Платон, Евклид геометриялык оптиканы өнүктүргөн. Орто кылымдарда линзалардын сүрөттөлүштөрдү пайда кылары белгилүү болгон. 1590-жылы З.Янсен биринчи жолу эки линзалуу микроскоп жасаган. 1609-жылы Галилей биринчи жолу телескопту жасап, бир катар астрономиялык байкоолорду жүргүзгөн. Бирок жарыктын сынуу закондору экспериментте 1620-жылы В.Снелл жана Р.Декарт тарабынан такталган.

Ошентип геометриялык оптиканын фундаменти түзүлгөн. 1665-жылы Ф.Гримальди жарыктын дифракциясын, 1669-жылы Э.Бартоллини жарыктын интерференциясын жана жарык нурунун ачалануусун ачкан. И.Ньютон жарыктын корпускулалык теориясын түзгөн. Бул теория менен жарыктын дифракция, интерференция кубулуштарын түшүндүрүү мүмкүн эмес болгондуктан, Х.Гюйгенс жана Р.Гук толкундук теорияны түзүшкөн. И.Кеплер жана Декарт жарыктын ылдамдыгы чексиз деп эсептешкен, ал эми Ньютон жана Гук аны чектүү деп карашкан. Жарыктын ылдамдыгын биринчи жолу астрономиялык эксперименттин негизинде 1676-жылы О.Рёмер аныктаган. Ньютондун корпускулалык теориясы 19-кылымдын аягына чейин үстөмдүк кылган. Толкундук оптиканын жеңиши Т.Юнг менен О.Френелдин эмгектерине байланыштуу.

1801-жылы Юнг интерференциянын негизги жоболорун түзгөн. Френел жана Д.Араго бири бирине перпендикуляр поляризацияланган толкундардын интерференцияга дуушар болбостугун көрсөтүшкөн. М.Фарадейдин тажрыйбаларына таянып, Ж.К.Максвелл жарыктын электр-магниттик толкундар экендигин теорияда далилдейт. 1888-жылы. Г.Герц электр-магниттик толкундарды биринчи жолу экспериментте алат. Оптиканын андан аркы өнүгүшүндө Х.Лоренц, П.Зееман ж. б. салымдары зор.

Жарыктын электр-магниттик теориясы салыштырмалуулук теориясын түзүүдө чоң роль ойнойт. Физо, Майкельсондун жарыктын ылдамдыгын аныктоо тажрыйбаларынан кийин 1905-ж. А.Эйнштейн салыштырмалуулук теориясын түзгөн. Бул теория классикалык физиканын көп жоболорун түп тамыры менен өзгөрттү. Ал өзгөртүүлөр өзгөчө мейкиндик жана убакыт түшүнүктөрүн кайрадан түптөдү.1947-жылыД.Габор голо-графияны ачты.

1900-жылы М.Планк атом электр-магниттик энергияны үлүш менен квант түрүндө чыгарарын айтат. Муну 1905-жылы А.Эйнштейн далилдеген. Ошонун негизинде Н.Бор, М.Борн, В.Гейзенберг, В.Паули, З.Шрёдингер, П.Дирак, Э.Ферми, Л.Д.Ландау жана башкалардын эмгектери менен квант механикасы жана квант электродинамикасы түзүлгөн. Квант теориясы атомдордун, молекулалардын спектрлеринин пайда болушун ж. б. түшүндүрдү. А.Эйнштейн 1916-жылы атомдордун аргасыздан нурлануусунун мүмкүн экендигин айткан. 1954–55-ж. А.М.Прохоров, Н.Г.Басов жана Ч.Таунс биринчи жолу квант генераторлорун түзүшкөн. Бул болсо оптика илимин башкарылуучу термоядролук синтезге колдонууга жол ачат.

Колдонулган адабияттар[оңдоо | булагын оңдоо]

  • Физика: Энциклопедиялык окуу куралы,Башкы редактору Ү.Асанов Жооптуу редактору Жээнбаев Ж, ISBN 9967-14-010-0,