اپتیک موجی و تداخل

اپتیک موجی نور را به عنوان یک موج الکترومغناطیسی در نظر می‌گیرد و پدیده‌های تداخل و سایر پدیده‌های ناشی از برهم‌نهی امواج را توضیح می‌دهد.

Definition

شاخه‌ای از اپتیک که نور را به عنوان یک موج الکترومغناطیسی مدل‌سازی می‌کند و پیامدهای قابل مشاهده برهم‌نهی موج، به ویژه تداخل، را بر حسب دامنه و فاز تجزیه و تحلیل می‌کند.

Scope

اپتیک موجی که اپتیک فیزیکی نیز نامیده می‌شود، نور را به عنوان یک موج الکترومغناطیسی منتشرشونده توصیف می‌کند که با دامنه، فاز، طول موج و قطبش مشخص می‌شود. این حوزه شامل نظریه الکترومغناطیسی نور، اصل برهم‌نهی، تداخل سازنده و مخرب امواج همدوس، تداخل دوپرتویی و چندپرتویی مشاهده شده در شکاف‌ها، لایه‌های نازک و تداخل‌سنج‌ها، و مفاهیم همدوسی زمانی و مکانی است که تعیین می‌کنند چه زمانی تداخل قابل مشاهده است. این حوزه با توضیح پدیده‌هایی که پرتوها به تنهایی نمی‌توانند توضیح دهند، مکمل اپتیک هندسی است، در حالی که پراش و قطبش به عنوان حوزه‌های مجاور در نظر گرفته می‌شوند.

Sub-topics

• نظریه الکترومغناطیسی نور
• همدوسی نوری
• تداخل نوری
• لایه های نازک و تداخل سنجی

Core questions

• چگونه در نظر گرفتن نور به عنوان یک موج، پدیده‌هایی را توضیح می‌دهد که پرتوها نمی‌توانند؟
• تحت چه شرایطی امواج نوری برهم‌نهاده یکدیگر را تقویت یا خنثی می‌کنند؟
• چه میزان همدوسی برای تداخل پایدار لازم است؟
• چگونه از اثرات تداخل برای اندازه‌گیری دقیق بهره‌برداری می‌شود؟

Key concepts

• موج الکترومغناطیسی
• دامنه و فاز
• برهم‌نهی
• تداخل سازنده و مخرب
• وضوح نوارهای تداخلی
• همدوسی
• اختلاف مسیر نوری
• جبهه موج

Key theories

نظریه موج الکترومغناطیسی نور

نور یک موج الکترومغناطیسی عرضی است که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نوسانی آن با سرعتی که توسط معادلات ماکسول پیش‌بینی می‌شود، منتشر می‌شوند و اپتیک را با الکترومغناطیس متحد می‌کند.

اصل برهم‌نهی و تداخل

هنگامی که دو یا چند موج همدوس بر روی هم قرار می‌گیرند، دامنه‌های آنها با هم جمع می‌شوند و الگویی از نوارهای روشن و تاریک تولید می‌کنند که توسط فاز نسبی تعیین می‌شود و اساس تمام پدیده‌های تداخل است.

نظریه همدوسی

وضوح تداخل به همدوسی زمانی و مکانی نور بستگی دارد که به صورت آماری با توابع همبستگی میدان نوری کمی‌سازی می‌شود.

Clinical relevance

تداخل اپتیک موجی زیربنای توموگرافی همدوسی نوری است که برای تصویربرداری غیرتهاجمی از شبکیه و سایر بافت‌ها، اندازه‌گیری تداخل‌سنجی ابعاد قرنیه و چشم، و پوشش‌های ضد انعکاس و تداخلی بر روی اپتیک پزشکی و آزمایشگاهی استفاده می‌شود.

History

آزمایش دوشکاف یانگ در حدود سال ۱۸۰۱ شواهد قاطعی برای ماهیت موجی نور ارائه داد که فرسنل آن را به یک نظریه موجی کمی توسعه داد. شناسایی نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی توسط ماکسول در دهه ۱۸۶۰، اپتیک را با الکترومغناطیس متحد کرد، و تداخل‌سنج‌های میشلسون در اواخر قرن نوزدهم، تداخل را به ابزاری با دقت فوق‌العاده تبدیل کردند.

Key figures

• Thomas Young
• Augustin-Jean Fresnel
• James Clerk Maxwell
• Albert A. Michelson

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

چرا معمولاً تداخل بین دو لامپ معمولی را نمی‌بینیم؟

منابع حرارتی مستقل نوری با فاز متغیر سریع و تصادفی منتشر می‌کنند، بنابراین فاز نسبی آنها پایدار نیست؛ بدون همدوسی کافی، نوارهای تداخلی محو می‌شوند و فقط شدت‌های جمع شده دیده می‌شوند.

اپتیک موجی چه ارتباطی با اپتیک هندسی دارد؟

اپتیک هندسی حد اپتیک موجی است زمانی که طول موج بسیار کوچکتر از ساختارهای درگیر باشد؛ اپتیک موجی هر زمان که اثرات تداخل، پراش یا همدوسی اهمیت داشته باشند، مورد نیاز است.