البصريات الموجية والتداخل
تعالج البصريات الموجية الضوء كموجة كهرومغناطيسية، مفسرةً التداخل والظواهر الأخرى التي تنشأ عن تراكب الموجات.
Definition
فرع البصريات الذي ينمذج الضوء كموجة كهرومغناطيسية ويحلل النتائج المرئية لتراكب الموجات، خاصة التداخل، من حيث السعة والطور.
Scope
تصف البصريات الموجية، والتي تسمى أيضًا البصريات الفيزيائية، الضوء كموجة كهرومغناطيسية منتشرة تتميز بالسعة والطور والطول الموجي والاستقطاب. وهي تغطي النظرية الكهرومغناطيسية للضوء، ومبدأ التراكب، والتداخل البناء والهدام للموجات المتماسكة، والتداخل ثنائي الحزمة ومتعدد الحزم الذي يُرى في الشقوق والأغشية الرقيقة والمقاييس التداخلية، ومفاهيم التماسك الزمني والمكاني التي تحدد متى يمكن ملاحظة التداخل. وهي تكمل البصريات الهندسية من خلال تفسير الظواهر التي لا يمكن للأشعة وحدها تفسيرها، بينما يُعالج الحيود والاستقطاب كمجالات مجاورة.
Sub-topics
Core questions
- كيف يفسر التعامل مع الضوء كموجة الظواهر التي لا تستطيع الأشعة تفسيرها؟
- تحت أي ظروف تتقوى أو تتلاشى موجات الضوء المتراكبة؟
- ما هي درجة التماسك المطلوبة لحدوث تداخل مستقر؟
- كيف تُستغل تأثيرات التداخل للقياس الدقيق؟
Key concepts
- موجة كهرومغناطيسية
- السعة والطور
- التراكب
- التداخل البناء والهدام
- وضوح الأهداب
- التماسك
- فرق المسار البصري
- جبهة الموجة
Key theories
- النظرية الكهرومغناطيسية الموجية للضوء
- الضوء هو موجة كهرومغناطيسية مستعرضة تنتشر مجالاتها الكهربائية والمغناطيسية المتذبذبة بسرعة تنبأت بها معادلات ماكسويل، موحدةً البصريات مع الكهرومغناطيسية.
- مبدأ التراكب والتداخل
- عندما تتداخل موجتان متماسكتان أو أكثر، تتجمع سعاتهما، منتجةً نمطًا من الأهداب المضيئة والمظلمة تحدده المرحلة النسبية، وهو أساس جميع ظواهر التداخل.
- نظرية التماسك
- تعتمد وضوح التداخل على التماسك الزمني والمكاني للضوء، ويتم قياسه إحصائيًا بواسطة دوال الارتباط للمجال البصري.
Clinical relevance
يُعد التداخل البصري الموجي أساس التصوير المقطعي للتماسك البصري (optical coherence tomography) المستخدم للتصوير غير الجراحي للشبكية والأنسجة الأخرى، والقياس التداخلي لأبعاد القرنية والعين، والطلاءات المضادة للانعكاس والتداخل على البصريات الطبية والمخبرية.
History
قدمت تجربة يونغ للشق المزدوج حوالي عام 1801 دليلًا حاسمًا على الطبيعة الموجية للضوء، والتي طورها فرينل إلى نظرية موجية كمية. وقد وحّد تحديد ماكسويل للضوء كموجة كهرومغناطيسية في ستينيات القرن التاسع عشر البصريات مع الكهرومغناطيسية، وحوّلت مقاييس مايكلسون التداخلية في أواخر القرن التاسع عشر التداخل إلى أداة ذات دقة استثنائية.
Key figures
- Thomas Young
- Augustin-Jean Fresnel
- James Clerk Maxwell
- Albert A. Michelson
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- لماذا لا نرى عادةً تداخلاً بين مصباحين كهربائيين عاديين؟
- تبعث المصادر الحرارية المستقلة الضوء بأطوار متغيرة بسرعة وعشوائية، لذا فإن طورها النسبي غير مستقر؛ وبدون تماسك كافٍ تتلاشى أهداب التداخل ولا تُرى سوى الشدات المجمعة.
- كيف ترتبط البصريات الموجية بالبصريات الهندسية؟
- البصريات الهندسية هي حد البصريات الموجية عندما يكون الطول الموجي أصغر بكثير من الهياكل المعنية؛ وتكون البصريات الموجية ضرورية كلما كانت تأثيرات التداخل أو الحيود أو التماسك مهمة.