प्रकाशिक विवर्तन
विवर्तन बाधाओं के चारों ओर और छिद्रों के माध्यम से प्रकाश का मुड़ना और फैलना है, एक तरंग घटना जो प्रकाशिक प्रणालियों के अंतिम विभेदन को निर्धारित करती है।
Definition
छिद्रों और बाधाओं के किनारों के चारों ओर तरंगों का मुड़ना और फैलना, जिसका विश्लेषण हाइगेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत के अनुसार द्वितीयक तरंगिकाओं के योगदान को जोड़कर किया जाता है।
Scope
प्रकाशिक विवर्तन तरंग प्रकाशिकी का वह क्षेत्र है जो प्रकाश के फैलने का अध्ययन करता है जब वह छिद्रों, किनारों या बाधाओं से टकराता है जो उसकी तरंग दैर्ध्य के समान आकार के होते हैं। इसमें हाइगेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत, फ्रौनहोफर (दूर-क्षेत्र) और फ्रेस्नेल (निकट-क्षेत्र) व्यवस्थाएं, एकल और बहु-स्लिटों द्वारा और वृत्ताकार छिद्रों द्वारा विवर्तन, विवर्तन ग्रेटिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी में उनका उपयोग, इमेजिंग का फूरियर-प्रकाशिकी विवरण, और विभेदन पर विवर्तन सीमा शामिल है। यह उन घटनाओं की व्याख्या करता है जिन्हें ज्यामितीय प्रकाशिकी नहीं कर सकती है और इमेजिंग प्रणालियों के विभेदन को समझने और इंजीनियर करने के लिए एक ढाँचा प्रदान करता है।
Sub-topics
Core questions
- एक छोटे छिद्र से गुजरने के बाद प्रकाश क्यों फैलता है?
- निकट-क्षेत्र और दूर-क्षेत्र विवर्तन पैटर्न कैसे भिन्न होते हैं?
- एक ग्रेटिंग प्रकाश को उसकी घटक तरंग दैर्ध्य में कैसे अलग करती है?
- प्रकाशिक विभेदन पर विवर्तन कौन सी मौलिक सीमा लगाता है?
Key concepts
- हाइगेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत
- फ्रौनहोफर विवर्तन
- फ्रेस्नेल विवर्तन
- विवर्तन ग्रेटिंग
- एयरी पैटर्न
- स्थानिक आवृत्ति
- विवर्तन सीमा
- विवेचन शक्ति
Key theories
- हाइगेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत
- तरंगाग्र का प्रत्येक बिंदु द्वितीयक गोलाकार तरंगिकाओं के स्रोत के रूप में कार्य करता है, और किसी भी बाद के बिंदु पर क्षेत्र इन तरंगिकाओं का अध्यारोपण होता है, जो विवर्तन पैटर्न के लिए मात्रात्मक रूप से जिम्मेदार होता है।
- विवर्तन का फूरियर-प्रकाशिकी विवरण
- फ्रौनहोफर व्यवस्था में विवर्तित क्षेत्र छिद्र के संचरण का फूरियर रूपांतरण होता है, जो विवर्तन को स्थानिक-आवृत्ति विश्लेषण और छवि निर्माण से जोड़ता है।
- विवर्तन-सीमित विभेदन
- क्योंकि प्रत्येक छिद्र प्रकाश को एक परिमित स्थान में विवर्तित करता है, किसी भी इमेजिंग प्रणाली की विवेचन शक्ति सीमित होती है; रेले और एब्बे मानदंड इस सीमा को तरंग दैर्ध्य और छिद्र के संदर्भ में व्यक्त करते हैं।
Clinical relevance
विवर्तन सीमा नैदानिक सूक्ष्मदर्शी और नेत्र संबंधी उपकरणों द्वारा हल किए जा सकने वाले सबसे सूक्ष्म विवरण को निर्धारित करती है, जो अनुसंधान विकृति विज्ञान में सुपर-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी को प्रेरित करती है, जबकि विवर्तन ग्रेटिंग प्रयोगशाला और पॉइंट-ऑफ-केयर ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक्स में उपयोग किए जाने वाले स्पेक्ट्रोमीटर के लिए केंद्रीय हैं।
History
1810 के दशक में फ्रेस्नेल के विवर्तन के तरंग सिद्धांत ने प्रकाश के मुड़ने की व्याख्या की और प्रसिद्ध रूप से एक वृत्ताकार छाया के केंद्र में चमकीले अरागो स्पॉट की भविष्यवाणी की। फ्रौनहोफर ने स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए दूर-क्षेत्र विवर्तन और ग्रेटिंग का अध्ययन किया, जबकि रेले और एब्बे ने उन्नीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में विभेदन सीमाओं को प्रतिपादित किया जो अभी भी उपकरण डिजाइन को नियंत्रित करती हैं।
Key figures
- Augustin-Jean Fresnel
- Joseph von Fraunhofer
- Lord Rayleigh
- Ernst Abbe
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Seminal works
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Frequently asked questions
- रोजमर्रा की जिंदगी में दृश्य प्रकाश की तुलना में ध्वनि के लिए विवर्तन अधिक ध्यान देने योग्य क्यों होता है?
- विवर्तन तब स्पष्ट होता है जब तरंग दैर्ध्य बाधा या छिद्र के तुलनीय होती है; ध्वनि तरंग दैर्ध्य रोजमर्रा की वस्तुओं के क्रम की होती है, जबकि दृश्य प्रकाश की बहुत छोटी तरंग दैर्ध्य इसके विवर्तन को सूक्ष्म बनाती है जब तक कि छिद्र बहुत छोटा न हो।
- क्या विवर्तन सीमा को कभी पार किया जा सकता है?
- पारंपरिक दूर-क्षेत्र इमेजिंग विवर्तन द्वारा सीमित है, लेकिन निकट-क्षेत्र प्रकाश, प्रतिदीप्ति स्विचिंग, या संरचित रोशनी का उपयोग करने वाली तकनीकें अधिक सूक्ष्म विवरण निकाल सकती हैं और शास्त्रीय सीमा से नीचे विभेदन प्राप्त कर सकती हैं।