İçeriğe atla

Optik

Optik, ışığın dağılımını da inceler
Optik
Işığın doğası
Işık
Işık hızı
Huygens-Fresnel ilkesi
Fermat ilkesi
Optik aygıtlar
Ayna
Mercek
Prizma
Büyüteç
Kamera
Mikroskop
Teleskop
Lazer
Göz
Olaylar
Yansıma
Tam yansıma
Kırılma
Saçılma
Girişim
Kırınım
Polarizasyon

Optik, ışık hareketlerini, özelliklerini, ışığın diğer maddelerle etkileşimini inceleyen; fiziğin ışığın ölçümünü ve sınıflandırması ile uğraşan bir alt dalı.[1] Optik, genellikle gözle görülebilen ışık dalgalarının ve gözle görülemeyen morötesi ve kızılötesi ışık dalgalarının hareketini inceler. Çünkü ışık bir elektromanyetik dalgadır ve diğer elektromanyetik dalga türleri (X-ray, mikrodalga, radyo dalgaları gibi) ile benzer özellikler gösterir.[1]

Çoğu optik olay ışığın klasik elektromanyetizma tanımı ile açıklanabilmektedir. Işığın elektromanyetik tanımlarını tam anlamıyla pratikte kullanmak zordur. Pratik (uygulanabilir) optikte genelde basitleştirilmiş modeller kullanılır. Bu modellerin en yaygını olan geometrik optik; ışığı bir demet olarak ele alır ve ışığı yüzeylerden yansırken, geçerken bükülen bir çizgi varsayar. Fiziksel optik ise ışığın daha kapsamlı bir modelidir. Geometrik optikle açıklanamayan dalga, kırınım, girişim olaylarını barındırır. Tarihsel olarak ışığın demet temelli modeli dalga modelinden önce geliştirilmiştir. 19. yüzyılda elektromanyetik teorideki gelişim ışık dalgalarının aslında elektromanyetik dalga olduğunu göstermiştir.

Bazı optik fenomenleri dalga parçacık ikiliğini ortaya çıkarır. Bu etkiler kuantum mekaniği ile açıklanır. Işığın parçacık modeli söz konusu olduğunda ışık foton adı verilen parçacıkların birleşimi olarak modellenir. Kuantum optiği, kuantum mekaniğini optik sistemlerine uyarlar.

Bir bilim ve fizik dalı olarak optik, astronomi, mühendislik, fotoğrafçılık ve tıp (ağırlıklı olarak oftalmoloji ve optometri) gibi bilim dallarıyla ilintilidir ve bu dallarla birlikte çalışır. Optiğin günlük hayatımızda ve teknolojide çok fazla kullanım alanı vardır. Örneğin; ayna, mercek, teleskop, mikroskop, lazer, fiberoptik gibi günlük eşyaların yapımında ve kullanımında optik bilimi yardımcı olur

Tarihçe

Ana madde: Optik tarihi
British Museum'da bulunan Nimrud Merceği (Nemrut Merceği)

Optiğin tarihi Antik Mısır ve Mezopotamya uygarlıklarının merceği geliştirmesiyle başlar. Bilinen ilk mercekler, M.Ö. 700'lerde Asurlular tarafından cilalı kristalden ya da genellikle kuartz, yapılmıştır. Layard/Nimrud Merceği bunun bir örneğidir.[2][3] Antik Romalılar, cam kürelere su doldurup mercek olarak kullanmışlardır. Optik alanında gelişmeler, ışık hakkındaki genel teoriler ile Yunan ve Hint filozofların geliştirdiği görme kuramlarını beraberinde getirdi. Bu ilerlemeler, Greko-Romen kültüründe geometrik optiğin gelişimini sağladı. "Optik" sözcüğü Yunanca görünüş, görünüm anlamına gelen "ὀπτική" sözcüğünden türemiştir.[3]

Yunan felsefesi görme eyleminin nasıl gerçekleştiği konusunda iki teoriye ayrılmıştır; emisyon (yayılma) ve içe giriş teorisi.[4] İçe giriş teorisine göre nesnelerden nesnenin kopyaları (eidola) göze gelir ve kopya göz tarafından yakalanınca görme eylemi gerçekleşir. Demokritos, Epikür, Aristoteles ve öğrencilerinin de desteklediği bu teori modern görme teorileriyle ortak yanlara sahip olsa da ortaya atıldığı dönemde hiçbir deneysel çıkarıma dayanmamaktaydı.

Platon, ilk olarak yayılma teorisinde görme olayını; maddelerden yayılan ışınların göz tarafından soğurulması olarak açıklamıştır. Platon aynı zamanda Timaeus'da aynaların dönüşüm çarpanına değinmiştir.[5] Birkaç yüzyıl sonra Öklid Optik tezi yazdı. Bu tezinde görme olayını geometriyle birleştirdi ve "Geometrik Optiki geliştirdi.[6] Her ne kadar gözden çıkan ışının her göz kırpmada gözde parlamalara sebep olması gerektiğini sorgulasa da Öklid bu çalışmasını Platon'un perspektifin matematiksel kurallarını ve kırılımın etkilerini nitel olarak açıkladığı yayılım teorisini baz alarak yaptı.[7] Batlamyus, Optik tezinde içe-dışa yayma teorisini düzenledi: gözden gelen ışınlar (ya da akı) koni şeklini alır, tepesi göze girer ve taban görüş alanını belirtir. Işınlar hassastı, gözlemcinin beynine mesafe ve yüzeyin yönü hakkında bilgi iletiyordu. Aslında Öklid'i özetlemiştir ve ışınla geliş açısı arasındaki ampirik ilişkiyi farkedememiş, kırılma açısını ölçmek için yöntem aramıştır.[8]

Ibn Sahl'ın el yazısı ile kırılmayı (Şimdiki adıyla Snell yasası) anlatan sayfa

Orta Çağ'da Yunanların optik hakkındaki görüşleri Müslüman dünyası bilim adamları tarafından yeniden gündeme getirilip, geliştirildi. Bu bilim adamlarının öncülerinden olan Kindi, Aristotesyen ve Öklidyen optiğin yararlarını yazmış, optik fenomeni daha iyi açıkladığını düşündüğü için yayılım teorisini benimsemiştir.[9] 984 yılında İranlı matematikçi Ibn Sahl, "Yanan (Parlayan) aynalar ve mercekler" üzerine bir tez yazdı. Şimdiki adıyla Snell yasası'nı yani ışığın kırılımını açıklamıştır.[10] Ve bu yasayı merceklerin ve küresel aynaların optimum eğriliğini hesaplamak için kullandı. 11. yüzyılın başlarında, İbn-i Heysem Optik Kitabı'nı (Kitab al-manazir) yazdı. Bu kitapta yansıma ve kırılmayı açıkladı. Aynı kitapta görme olayını ve ışığı açıklamak için gözlem ve deneye dayalı yeni bir sistem önerdi.[11][12][13][14][15] Batlamyus'un ışınların gözden emildiğini söyleyen optik yayılma teorisini reddetti. Bunun yerine ışığın tüm yönlerden, düz çizgiler halinde gözlenen nesnenin her noktasından yansıyıp göze girdiğini öne sürdü. Fakat gözün ışınları nasıl yakaladığını açıklayamadı.[16] İbn-i Heysem'in çalışması Arap dünyasında görmezden gelinse de 1200 yılında anonim bir yazar tarafından Latinceye çevrildi. Daha sonra Polonyalı Witelo adlı bir keşiş tarafından özetlendi ve genişletildi. Bu metin 400 yıl boyunca Avrupa'da optik üzerine literatür kitap olarak kullanıldı.[17]

13. yüzyıl Orta Çağ Avrupası'nda İngiliz piskopos Robert Grosseteste, ışıkla ilgili bilimsel konuları Aristo'nun ve Platon'un çalışmalarından yola çıkarak geniş bir şekilde, 4 farklı perspektifle ele aldı: epistemolojik, metafiziksel veya kozmogoniksel, etiyolojik veya fiziksel ve teolojik.[18] Grosseteste'nin en tanınmış öğrencisi, Roger Bacon; İbn-i Heysem, Aristo, İbn-i Sina, İbn Rüşd, Öklid, Kindi, Batlamyus, Tideus, Constantinus Africanus gibi bilim insanlarının yakın zamanda çevrilmiş optik ve felsefe konulu eserlerinden alıntılar ile bir çalışma yaptı. Bacon cam küre parçalarını büyüteç gibi kullanarak ışığın nesnelerden kaynaklanmadığını, nesnelerden yansıdığını ortaya koydu.

İlk takılabilir gözlük 1286 yılı civarında İtalya'da icat edildi.[19] Bu icat mercekleri bileyerek ve cilalayarak gözlük yapılmasını sağlayan optik endüstrisinin başlangıcıydı. İlk olarak Venedik ve Floransa'da 13. yüzyılda başlamış[20] daha sonra Hollanda ve Almanya'da da gözlük merceği yapım atölyeleri açılmıştır.[21] Gözlük yapımcıları görüşü düzeltmek için zamanın optik teorisinden (merceklerin nasıl çalıştığını açıklayamıyordu) edindikleri bilgilerle değil merceklerin etkilerini inceleyerek öğrendikleri bilgilerle farklı mercek tipleri geliştirdiler.[22][23] Mercek alanındaki gelişmeler, ustalaşma ve deneyler; 1595'te bileşik ışık mikroskobunun, 1608'de refrakter teleskopun Hollanda'daki mercek atölyelerinde icat edilmesini sağladı.[24][25]

17. yüzyılın başlarında Johannes Kepler geometrik optikte ilerleme kaydetmiştir. Kepler mercekleri, düz ve küresel aynalarda yansımayı, iğne deliği kameranın çalışma prensibini, ışığın yoğunluğunun ters kare yasası ile ilişkisini, Ay ve Güneş tutulmasını, ıraklık açısını açıklamıştır. Aynı zamanda retinanın görüntüleri kaydetme rolü olduğunu anlamış ve mercek yapımcılarının 300 yıllık gözlemlerinin ardından değişik mercek çeşitlerinin etkileri bilimsel olarak ölçülmüştür.[26] Teleskobun icadından sonra Kepler; teleskobun çalışma prensibinin teorik temellerini oluşturmuş; teleskoplar için Kepler teleskobu olarak bilinen ve büyütmeyi artırmak için iki dışbükey mercek kullanan daha iyi bir yöntem geliştirmiştir.[27]

Newton'un kitabı Opticks'in ilk baskısının (1704) kapağı

Optik teori 17. yüzyılın ortalarında René Descartes'ın The World adlı eserinde bulunan tezlerle ilerleme kaydetti. Bu tezlerde yansıma ve kırılma,ışığın onu üreten nesneler tarafından emildiği varsayılarak, açıklandı.[28] Bu antik Yunan yayılma teorisinden çok farklıydı. 1660'ların sonlarına doğru, Newton Descartes'in fikrini Işığın Tanecik Kuramı'na dönüştürdü. Bu kurama göre beyaz ışık bir prizma aracılığıyla içeriğindeki renklere ayrılabilen birçok rengin karışımıydı. 1690'da Christiaan Huygens, 1664'te Robert Hooke tarafından yapılan çıkarımlara dayanarak dalga teorisini önerdi. Hooke, Newton'ın ışık teorilerini halka açık bir şekilde eleştirdi. İkisi arasındaki anlaşmazlık Hooke'un ölümüne kadar sürdü. 1704 yılında Newton, Opticks'i yayınladı. Fiziğin diğer alanlarındaki başarısı sebebiyle yaşadığı dönemde ışığın doğası tartışmasının galibi olarak düşünülüyordu.[28]

Newtonyen optik 19. yüzyılın başlarına kadar kabul gördü ta ki Thomas Young ve Augustin-Jean Fresnel'in girişim deneyleri ile ışığın dalga modelini yayınlamasına kadar. Young'ın meşhur çift yarık deneyi ışığın süperpozisyon ilkesine uyduğunu gösterdi. Bu durum Newton'ın parçacık teorisinde öngörülmemişti. Bu çalışma ışığın kırınım teorisine yönlendirdi ve fiziksel optikte yeni bir çalışma alanı yarattı.[29] 1860'larda dalga optiği James Clerk Maxwell tarafından elektromanyetik teori ile başarıyla birleştirildi.[30]

Optik teorideki bir sonraki gelişme 1899 Max Planck'ın siyah cisim ışımasını doğru olarak modellemesi oldu. Bu modelde Planck madde ile ışık arasındaki enerji değişimlerinin sadece kuanta adını verdiği belirli enerji düzeylerinde gerçekleşebildiği varsaydı.[31][32] 1905'te Albert Einstein kuantizasyonun ışığın kendisinden kaynaklandığını açıklayan fotoelektrik etki teorisini yayınladı.[33][34] 1913'te Niels Bohr atomların sadece belirli ve kesikli enerji düzeylerinde enerji yayıldığını gösterdi. Bu keşif emisyon ve absorpsiyon spektroskopisindeki kesikli çizgileri açıkladı.[35] Işık ve madde arasındaki etkileşimin anlaşılması kuantum optiğinin temelini atmasının yanı sıra kuantum mekaniğinin bir bütün olarak geliştirilmesinde önemli bir rol oynadı. Sonuç olarak; kuantum elektrodinamiği tüm optik ve elektromanyetik süreci sanal ve gerçek fotonların değişimi olarak açıkladı.[36]

Kuantum optiği 1953'te maserin, 1960'ta lazerin icadıyla günlük hayatta kullanım bakımından önem kazandı.[37] Paul Dirac'ın kuantum alan kuramı üzerine çalışması ve George Sudarshan, Roy J. Glauber, Leonard Mandel'in katkıları 1950 ve 1960'larda fotodedektör, istatistiksel mekanik alanlarında daha fazla bilgi edinmek için kuantum teorisinin elektromanyetik alana uygulanmasını sağladı.

Klasik optik

Klasik optik iki ana dala ayrılır: geometrik optik ve fiziksel optik. Geometrik optikte ya da ışın optiği, ışığın düz çizgiler üzerinde yol aldığı varsayılır. Fiziksel optikte ya da dalga optiği, ışık elektromanyetik bir dalga olarak düşünülür.

Geometrik optik, dalga boyu optik elemanlar ve modellenen sistem için çok küçükse fiziksel optiğin indirgenmiş hali olarak düşünülebilir.

Geometrik optik

Ana madde: Geometrik optik
Işık ışınlarının yansıması ve kırılması

Geometrik optik ya da ışın optiği, ışığın dalga olarak yayılmasını farklı ortamlara geçerken yansıma veya kırılma yasalarıyla düz yolda ilerleyen ışınlar şeklinde gösterir.[38] Bu yasaların ampirik keşfi 984 yıllarına kadar uzanır.[10] Bu süreç içinde optik cihaz ve araç tasarımında bu yasalar kullanılmıştır. Yasalar şu şekilde özetlenebilir:

Işık ışını iki geçirgen yüzey arasından geçerken yansıyan ve kırılan ışınlar olmak üzere ikiye ayrılır.

Yansıma yasasına göre yansıyan ışın aynı düzlemde kalır ve ışığın yansıma açısı gelme açısına eşittir.
Kırılma yasasına göre kırılan ışın aynı düzlemde kalır ve kırılma açısının sinüsünün gelme açısının sinüsüne oranı sabit bir sayıdır.

n herhangi iki sayı için değişkendir ve ışığın rengini verir. Kırılma indisi olarak bilinir.

Yansıma ve kırılım yasaları Fermat ilkesinden çıkarılabilir. Bu ilkeye göre: bir ışık ışını herhangi iki nokta arasında ilerlerken, izlediği yol en az zamanı gerektiren yoldur.[39]

Yaklaşımlar

Geometrik optik genellikle paraksiyal yaklaşım ya da "küçük açı yaklaşımı" ile basitleştirilir. Bunun sonucunda matematiksel işlemler doğrusal olur. Böylece optik bileşenler ve sistemler basit matrislerle açıklanabilir. Bu Gaussyan optiğin temelidir ve paraksiyal ışın izleme ile birlikte bir optik sistemin resim ve nesnenin yaklaşık konumu, büyütme gibi temel özelliklerini bulmada kullanılır.[40]

Yansıma

Ana madde: Yansıma
Düzgün (doğrusal) yansıma diyagramı

Yansımalar ikiye ayrılır: düzgün yansıma ve dağınık yansıma. Düzgün yansıma, ışığın ayna gibi parlak yüzeylerden basitçe ve öngörülebilir bir şekilde yansımasıdır. Düzgün yansımada yansıyan görüntünün konumu gerçek olabileceği gibi sanal da olup uzayda tahmin edilebilir bir konumda olabilir. Dağınık yansıma; opak, berrak olmayan, kâğıt ve kaya gibi nesnelerin yüzeyinde gerçekleşen yansımadır. Bu yüzeylerdeki yansımalar, yansıyan ışığın, kaynak yüzeydeki materyalin mikroskobik yapısına bağlı olarak, tam dağlımı ile sadece istatistiksel olarak belirlenebilir. Birçok dağınık yansıtıcının özelliği Lambert Kosinüs Yasası ile açıklanır ya da tahmin edilir. Bu yasa herhangi bir açıdan bakıldığında aynı parlaklığı veren yüzeylerde kullanılır. Parlak yüzeylerde hem dağınık hem de düzgün yansıma görülebilir.

Düzgün yansımada yansıyan ışının yönü, gelen ışının yüzey normali (ışının yüzeye değdiği noktadan çizilen dikme) ile yaptığı açıya göre belirlenir. Gelen ışın, yansıyan ışın ve normal aynı düzlemdedir. Gelen ışının normalle yaptığı açı yansıyan ışının normalle yaptığı açıya eşittir.[41] Bu aynı zamanda Yansıma Yasası olarak da bilinir.

Düzlem aynalarda yansıma yasasına göre nesnenin görüntüsü, nesnenin aynaya uzaklığına eşit mesafede düz ve aynanın arkasında oluşur. Nesne ile görüntünün boyu eşittir. Yasa aynı zamanda ayna görüntüsünü dönüşümçarpanı ile sağ-sol farkına sebep olduğunu da ifade eder. İki (ya da herhangi bir çift sayı) defa yansımaya uğramış bir nesnenin görüntüsünde dönüşüm (sağ-sol farkı) yoktur. Köşe yansıtıcılar ışının izlediği yoldan geri dönmesini sağlar.[41]

Yüzeyleri kavisli olan aynalar ışın izleme ile ve yüzeyinin her noktasında yansıma yasası kullanılarak modellenebilir. Parabolik yüzeye sahip aynalarda ise birbirine paralel ışınlar aynadan yansır ve ortak bir odakta birleşirler. Diğer kavisli yüzeyler de ışığı odaklayabilir fakat ışınlar ıraksak şekle sahip aynalarda saparak sonsuzda odaklanır. Özellikle küresel aynalar, küresel sapmaya neden olur. Kavisli aynalar görüntüyü büyütebilir ve küçültebilir ya da büyütme negatif olur. Büyütmenin negatif olması görüntünün ters döndüğünü işaret eder. Düzgün görüntüler sanal, ters görüntüler ise gerçek görüntülerdir. Bu sayede ters görüntüler bir ekrana aktarılabilir.[41]

Kırınım

Ana madde: Kırınım
Snell Yasası'nı gösteren diyagram. (n1 < n2, hava/su gibi)

Kırınım ışık kırılma indisi farklı bir ortama geçerken gerçekleşir. Bu prensip sayesinde mercekler ışığı odaklayabilmektedir. En basit şekilde kırılma; ışık kırılma indisi olan bir ortamdan kırılma indisi olan bir ortama geçerken gözlenir. Bunun gibi durumlarda Snell yasası ışık ışının sapma miktarını hesaplar:

burada ve sırasıyla gelen ve kırılan ışının (dalganın) normalle yaptığı açıdır. Bu durum aynı zamanda ortam değişirken ışık hızının da değişimini hesaplamak için de kullanılabilir.

burada ve ilgili ortamdaki dalga hızlarıdır.[41]

Snell Yasası'nın birçok sonucundan biri de ışık ışınlarının yüksek kırıcılık indisi olan maddeden düşük kırıcılık indisi olan maddeye doğru gitmesidir. Arayüzle temas sonucu tüm ışının yansıyıp hiçbir kısmının emilmemesi de olasıdır. Bu olaya tam yansıma denir ve Fiber optik teknoloji bu mantıkla çalışır. Işık sinyalleri fiber optik kabloda ilerlerken tam yansımaya uğrar bu sayede kablo boyunca ışık kaybı olmaz. Aynı zamanda yansıma ve kırılma kullanarak polarize ışık ışınları elde etmek mümkündür. Kırılan ve yansıyan ışın dik açıyla gelirse yansıyan ışın "düzlemsel (lineer) polarizasyon" özelliği kazanır. Bunun gibi durumların gerçekleşmesi için gereken gelme açısına Brewster açısı denir.[41]

Snell Yasası, ortam doğru ışık ışınlarının kırılma indisi ve geometrisi bilinen "lineer ortamda sapma miktarlarını ölçmek için kullanılabilir. Örneğin ışığın bir prizmadan geçmesi sonucu ışınların sapması ve yayılması prizmanın şekline ve konumuna bağlıdır. Ek olarak çoğu maddede farklı frekanstaki ışıkların farklı kırılma indisi olduğu için kırılma gök kuşağındaki gibi ışık tayfı üretebilir. Bu olayın keşfi Isaac Newton'a mal edilir.[41]

Işığı kırabilen maddelerde kırınım indisi pozisyonla aşamalı olarak değişir ve böylece ışık ışınları düz çizgiler halinde değil bükülmüş olarak yol alır. Bu etki; sıcak havalarda havanın kırılma indisinin değişerek ışık ışınlarının bükülmesine ve uzaktaki nesnelerin çeşitli şekillerde (havuz yüzeyinde olduğu gibi) algılanmasına sebep olur. Serap olayı buradan kaynaklanır. Birden fazla kırılma indisine sahip maddelere değişken-indisli (GRIN) maddeler denir. Bu maddeler modern optikte fotokopi makinesi ve tarayıcı gibi cihazların yapımında olduğu gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Bu olay Değişken indis optiği alanında incelenir.[42]

İnce kenarlı mercekte görüntü ve nesne

Kırılma ile ışınları birleştiren ya da ayıran cihazlara mercek (lens) adı verilir. İnce mercekler, merceğin iki tarafında da odak noktası oluşturabilirler. Bu noktalar Lensmaker denklemi ile modellenebilir.[43] Genel olarak iki tip mercek vardır: paralel ışınları birleştiren konveks (dışbükey, ince kenarlı ya da yakınsak) mercek ve paralel ışınları ayıran konkav (içbükey, kalın kenarlı ya da ıraksak) mercek. Merceklerin oluşturduğu görüntünün ayrıntılı tahmini için küresel aynalarda kullanılan ışın izleme yöntemi kullanılabilir. Küresel aynalarda olduğu gibi ince merceklerde de verilen odak noktasının uzunluğu () ve nesne uzaklığı () kullanılarak basit bir denklem ile cismin görüntüsünün nerede olduğu belirlenebilir:

Bu denklemde görüntünün mesafesini ifade eder ve görüntü ile nesne aynı tarafta ise negatif; farklı tarafta ise pozitif kabul edilir.[43] Odak uzaklığı konkav merceklerde negatif alınır.

İnce kenarlı mercek şemasal gösterimi

Paralel gelen ışınlar ince kenarlı (konveks) mercek tarafından, merceğin uzak tarafında odaklandırılarak bir odak uzaklığı mesafede ters bir şekilde gerçek görüntüye dönüştürülürler. Sonlu bir mesafedeki nesneden gelen ışınlar odak noktasından daha öte bir noktada odaklanırlar; nesne merceğe yaklaştıkça görüntü mercekten uzaklaşır. Kalın kenarlı (konkav merceklerde), paralel gelen ışınlar mercekten geçtikten sonra mercekten bir odak uzunluğu mesafede, paralel ışınların geldiği mercek tarafındaki düz bir sanal görüntüden kaynaklanmışçasına dağılırlar. Sonlu mesafedeki bir nesneden gelen ışınlar, merceğe odak noktasından daha yakın, nesne ile aynı tarafta olan bir sanal görüntü ile ilişkilendirilirler. Nesne merceğe yaklaştıkça, sanal görüntü de merceğe yaklaşır.

Aynı şekilde, bir merceğin büyütmesi ise aşağıda gösterildiği şekildedir:

Bu formüldeki eksi (-), bir kongrede alınan karara göre, pozitif ise düz, negatif ise ters nesneleri belirtir. Aynalara benzer olarak, tek mercek ile oluşmuş görüntüler düz ise sanal, ters ise gerçek görüntülerdir.[41]

Merceklerde odağı ve görüntüyü bozan optik aberasyonlar gözlemlenebilmektedir. Bu aberasyonlar (sapınçlar) geometrik kusurlardan ya da ışığın değişik dalga boyları nedeniyle ortaya çıkan kırınım indeksi değişiminden (kromatik aberasyon) kaynaklanabilmektedir.[41]

Modern optik

20. yüzyılda popüler oldu. Optik bilimi ve mühendislik alanlarında kullanılmakta. Bu alanda optik biliminin elektromanyetik ya da ışık kuantumu ile ilgilidir ama diğer konularda dahil edilebilir. Modern optiğin önemli bir alt dalı olan kuantum optiği özellikle ışık kuantumunun mekanik özellikleri ile ilgilenir. Kuantum optiği sadece teorik değildir; lazer gibi bazı modern cihazların kuantum mekaniğine bağlı çalışma prensipleri vardır. Photomultipliers ve channeltron gibi ışık dedektörleri bireysel fotonlara yanıt verir. CCDs gibi elektronik görüntü sensörleri bireysel foton çekim olaylarının görüntü istatisliklerini sergiler. Çok Işık yayan diyotlar ve fotovoltaik hücreler, kuantum mekaniği olmadan anlaşılamaz. Bu cihazların çalışması kuantum optiğinden genellikle kuantum elektroniği ile örtüşmektedir.

Özel optik araştırma alanları ışığın kristal optik ve metamaterials gibi özel malzemeler ile nasıl etkileşimde bulunduğu hakkında çalışmalar içerir. Diğer araştırmalar, tekil optik, görüntüleme olmayan optik, doğrusal olmayan optik, istatistiksel optik ve radyometri gibi elektromanyetik dalgaların fenomenolojine odaklanır. Bu gün saf bilim optiğine optik bilimi veya optik fiziğini optik mühendisliğinden ayırt etmek gerekir bunlara optik bilimleri denir. Tanınmış alt başlıklarla optik mühendisliği; lens tasarımı, imalat ve test optik bileşenleri ve görüntü işleme gibi pratik uygulamalar ile aydınlatma mühendisliği, fotonik ve optoelektronik içerir.

Kaynakça

  1. ^ a b McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology (5. bas.). McGraw-Hill. 1993. 
  2. ^ "World's oldest telescope?". BBC News. 1 Temmuz 1999. 1 Şubat 2009 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Temmuz 2014.  (İngilizce)
  3. ^ a b T. F. Hoad (1996). The Concise Oxford Dictionary of English Etymology. ISBN 0-19-283098-8. 
  4. ^ "A History of The Eye". stanford.edu. 1 Eylül 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Temmuz 2014. (İngilizce)
  5. ^ T. L. Heath (2003). A manual of greek mathematics. Courier Dover Publications. ss. 181-182. ISBN 0-486-43231-9. 
  6. ^ William R. Uttal (1983). Visual Form Detection in 3-Dimensional Space. Psychology Press. ss. 25-. ISBN 978-0-89859-289-4. 5 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Temmuz 2014. (İngilizce)
  7. ^ Öklid (1999). Elaheh Kheirandish (Ed.). Öklid'in "Optik" kitabının Arapça kopyası= Kitāb Uqlīdis fī ikhtilāf al-manāẓir. New York: Springer. ISBN 0-387-98523-9. 
  8. ^ Batlamyus (1996). A. Mark Smith (Ed.). Ptolemy's theory of visual perception: Batlamyus'un Optik kitabının eklemelerle İngilizce çevirisi. DIANE Publishing. ISBN 0-87169-862-5. 
  9. ^ Adamson, Peter (2006). "Al-Kindi¯ and the reception of Greek philosophy". In Adamson, Peter; Taylor, R.. The Cambridge companion to Arabic philosophy. Cambridge University Press. p. 45. ISBN 978-0-521-52069-0.
  10. ^ a b Rashed, Roshdi (1990). "A pioneer in anaclastics: Ibn Sahl on burning mirrors and lenses". Isis. 81 (3). ss. 464-491. doi:10.1086/355456. JSTOR 233423. 
  11. ^ A. I. Sabra and J. P. Hogendijk (2003). The Enterprise of Science in Islam: New Perspectives. MIT Press. ss. 85-118. ISBN 0-262-19482-1. OCLC 237875424. 
  12. ^ G. Hatfield (1996). "Was the Scientific Revolution Really a Revolution in Science?". F. J. Ragep, P. Sally, S. J. Livesey (Ed.). Tradition, Transmission, Transformation: Proceedings of Two Conferences on Pre-modern Science held at the University of Oklahoma. Brill Publishers. s. 500. ISBN 9004101195. 5 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Temmuz 2014. 
  13. ^ Nader El-Bizri (2005). "A Philosophical Perspective on Alhazen's Optics". Arabic Sciences and Philosophy. Cilt 15. ss. 189-218. doi:10.1017/S0957423905000172. 
  14. ^ Nader El-Bizri (2007). "In Defence of the Sovereignty of Philosophy: al-Baghdadi's Critique of Ibn al-Haytham's Geometrisation of Place". Arabic Sciences and Philosophy. Cilt 17. ss. 57-80. doi:10.1017/S0957423907000367. 
  15. ^ G. Simon (2006). "The Gaze in Ibn al-Haytham". The Medieval History Journal. Cilt 9. s. 89. doi:10.1177/097194580500900105. 
  16. ^ Ian P. Howard; Brian J. Rogers (1995). Binocular Vision and Stereopsis. Oxford University Press. s. 7. ISBN 978-0-19-508476-4. 5 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Temmuz 2014. 
  17. ^ Elena Agazzi; Enrico Giannetto; Franco Giudice (2010). Representing Light Across Arts and Sciences: Theories and Practices. V&R unipress GmbH. s. 42. ISBN 978-3-89971-735-8. 5 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Temmuz 2014. 
  18. ^ Lindberg, D. C. (1976). Theories of Vision from al-Kindi to Kepler. Chicago: Univ. of Chicago Pr. ss. 94-99. 
  19. ^ Vincent, Ilardi (2007). Renaissance Vision from Spectacles to Telescopes. Philadelphia, PA: American Philosophical Society. ss. 4-5. ISBN 9780871692597. 
  20. ^ Helden, Al Van. "The Telescope". The Galileo Project. Galileo.rice.edu. 2 Haziran 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Temmuz 2014. 
  21. ^ Henry C. King (2003). The History of the Telescope. Courier Dover Publications. s. 27. ISBN 978-0-486-43265-6. 9 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Temmuz 2014. 
  22. ^ Paul S. Agutter; Denys N. Wheatley (2008). Thinking about Life: The History and Philosophy of Biology and Other Sciences. Springer. s. 17. ISBN 978-1-4020-8865-0. 9 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Temmuz 2014. 
  23. ^ Vincent Ilardi (2007). Renaissance Vision from Spectacles to Telescopes. American Philosophical Society. s. 210. ISBN 978-0-87169-259-7. 9 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Temmuz 2014. 
  24. ^ "Time Line". Nobel Foundation. 9 Ocak 2010 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Temmuz 2014. 
  25. ^ Fred Watson (2007). Stargazer: The Life and Times of the Telescope. Allen & Unwin. s. 55. ISBN 978-1-74175-383-7. 9 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Temmuz 2014. 
  26. ^ Vincent Ilardi (2007). Renaissance Vision from Spectacles to Telescopes. American Philosophical Society. s. 244. ISBN 978-0-87169-259-7. 5 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Temmuz 2014. 
  27. ^ Casper, Max (1993). Kepler. Courier Dover Publications. ss. 198-202. ISBN 0486676056. 5 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Temmuz 2014. 
  28. ^ a b A. I. Sabra (1981). Theories of light, from Descartes to Newton. CUP Archive. ISBN 0-521-28436-8. 
  29. ^ W. F. Magie (1935). A Source Book in Physics. Harvard University Press. s. 309. 
  30. ^ J. C. Maxwell (1865). "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Cilt 155. s. 459. Bibcode:1865RSPT..155..459C. doi:10.1098/rstl.1865.0008. 
  31. ^ Planck'ın kuantumun karmaşıklığına entelektüel yaklaşımı katıdır çünkü Planck kuantum etkilerini tam anlamıyla kabul etmemiştir.
  32. ^ Kragh, H. (1 Aralık 2000). "Max Planck: the reluctant revolutionary". Physics World. 30 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Temmuz 2014. 
  33. ^ Einstein, A. (1967). "On a heuristic viewpoint concerning the production and transformation of light". Ter Haar, D. (Ed.). The Old Quantum Theory (PDF). Pergamon. ss. 91-107. Erişim tarihi: 18 Mart 2010. []
  34. ^ Einstein, A. (1905). "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt" [On a heuristic viewpoint concerning the production and transformation of light]. Annalen der Physik (Almanca). 322 (6). ss. 132-148. Bibcode:1905AnP...322..132E. doi:10.1002/andp.19053220607. 
  35. ^ "On the Constitution of Atoms and Molecules". Philosophical Magazine. Cilt 26, Series 6. 1913. ss. 1-25. 4 Temmuz 2007 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Temmuz 2014.  Bohr atom modeli ve Kovalent bağın açıklandığı makale
  36. ^ R. Feynman (1985). "Chapter 1". QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press. s. 6. ISBN 0-691-08388-6. 
  37. ^ N. Taylor (2000). LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war. New York: Simon & Schuster. ISBN 0-684-83515-0. 
  38. ^ Ariel Lipson; Stephen G. Lipson; Henry Lipson (28 Ekim 2010). Optical Physics. Cambridge University Press. s. 48. ISBN 978-0-521-49345-1. 28 Mayıs 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Temmuz 2012. 
  39. ^ Schuster, Arthur (1904). An Introduction to the Theory of Optics. E. Arnold. s. 41. 5 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Temmuz 2014. 
  40. ^ J. E. Greivenkamp (2004). Field Guide to Geometrical Optics. SPIE Field Guides vol. FG01. SPIE. ss. 19-20. ISBN 0-8194-5294-7. 
  41. ^ a b c d e f g h H. D. Young (1992). "35". University Physics 8e. Addison-Wesley. ISBN 0-201-52981-5. 
  42. ^ Marchand, E.W. (1978). Gradient Index Optics. New York: Academic Press. 
  43. ^ a b E. Hecht (1987). Optics (2. bas.). Addison Wesley. ISBN 0-201-11609-X.  Bölüm 5 & 6.

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetik radyasyon</span>

Elektromanyetik radyasyon, elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur. Elektromanyetik dalgalar, yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşan, birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılan, yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c ile yayılan enine dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla :

<span class="mw-page-title-main">Işık</span> elektromanyetik spektrumun insan gözü tarafından algılanabilen kısmı içindeki elektromanyetik radyasyon

Işık veya görünür ışık, elektromanyetik spektrumun insan gözü tarafından algılanabilen kısmı içindeki elektromanyetik radyasyon. Görünür ışık genellikle 400-700 nanometre (nm) aralığında ya da kızılötesi ve morötesi arasında 4.00 × 10−7 ile 7.00 × 10−7 m dalga boyları olarak tanımlanır. Bu dalga boyu yaklaşık 430-750 terahertz (THz) frekans aralığı anlamına gelir.

<span class="mw-page-title-main">İbnü'l-Heysem</span> Arap fizikçi, matematikçi ve astonom (965–1040)

İbn-i Heysem, Ḥasan Ibn el-Heysem, Batılıların söyleyişiyle Alhazen veya tam ismiyle Ebū ʿAlī el-Ḥasan ibn el-Ḥasan ibn el-Heysem, Arap matematikçi, astronom, ve İslam'ın Altın Çağının önemli fizikçilerinden biriydi. "Modern optiğin babası" olarak da anılır. Özellikle görsel algı dinamiklerine önemli katkılarda bulunmuştur. En etkili eseri, 1011–21 yılları arasında oluşturduğu ve Latince baskılar sayesinde günümüze kadar gelmiş Kitāb el-Manāzir olmuştur. Polimat, felsefe, teoloji ve tıp üzerine yaptığı birçok çalışmayı da kitaplarına kaydetmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Teleskop</span> uzaydan gelen her türlü radyasyonu alıp görüntüleyen, astronomların kullandığı, bir rasathane cihazı

Teleskop veya ırakgörür, uzaydan gelen her türlü radyasyonu alıp görüntüleyen astronomların kullandığı, bir rasathane cihazıdır. 1608 yılında Hans Lippershey tarafından icat edilmiştir ve 1609 yılında Galileo Galilei tarafından ilk defa gökyüzü gözlemleri yapmakta kullanılmıştır. Uzaydaki cisimlerden yansıyarak veya doğrudan gelen görülen ışık, ultraviyole ışınlar, kızılötesi ışınlar, röntgen ışınları, radyo dalgaları gibi her türlü elektromanyetik yayınlar; kozmos hakkında bilgi toplamak için çok gerekli kanıtlardır. Bu kanıtlar, klasik manada optik teleskoplarla ya da çok daha modern radyo teleskoplarla incelenir.

İnterferometri bilgi çıkarımı için elektromanyetik dalgaların üst üste getirildiği tekniktir. İnterferometri, astronomi, fiber optik, mühendislik, optik, oşinografi, sismoloji, spektroskopi, kuantum mekaniği, nükleer ve parçacık fiziği, plazma, uzaktan algılama, biyomoleküler etkileşimler, yüzey profili, mikroakışkanlar, mekanik gerilme/gerilim ölçümü, velosimetri ve optimetri alanlarında önemli bir araştırma tekniğidir.

Refraktometri, her ortamın kırılma indisinin farklı olması prensibini kullanarak, konsantrasyon ve madde miktarı gibi tayinleri yapmaya yarayan bir yöntemdir.

<span class="mw-page-title-main">Snell yasası</span> Kırılma açıları için madde formülü

Snell yasası ışığın geldiği ortamın kırıcılık indisiyle geliş doğrultusunun normalle yaptığı açının sinüsünün, ışığın gittiği ortamın kırıcılık indisiyle gidiş doğrultusunun normalle yaptığı açının sinüsüyle çarpımına eşitlenmesiyle oluşan formüle dayalı fiziğin optik dalında yer alan bir yasadır.

Yansıma, homojen bir ortam içerisinde dalgaların yansıtıcı bir yüzeye çarparak yön ve doğrultu değiştirip geldiği ortama geri dönmesi olayına denir. Yansımanın genel örnekleri ışık, ses ve su dalgalarıdır. Düzlem aynalarda yansıma, saydam ortamda hareket eden ışığın herhangi bir yüzeye çarpıp geri dönmesi olayıdır. Yansıma olayında ışığın hızı, frekansı, rengi yani hiçbir özelliği değişmez. Sadece hareket yönü değişir.

<span class="mw-page-title-main">Brewster açısı</span>

Brewster açısı, belirli bir polarizasyona sahip ışığın transparan bir dielektrik yüzeyden mükemmel şekilde geçip hiç yansımadığı geliş açısıdır. Bu açıda "polarize olmamış" bir ışık gelirse, yüzeyden yansıyan bu ışık dolayısıyla mükemmel polarizedir. Bu özel geliş açısına İskoç fizikçi Sir David Brewster'dan sonra (1781-1868) kendisinin ismi verilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">İnce filmde girişim</span>

İnce filmde girişim, ince bir film tabakasında alt ve üst sınırlarından yansıyan ışık dalgaları birbirlerine müdahale ettiğinde ortaya çıkan desene ince filmlerde girişim denir. Bu yeni dalga incelemesi sonucunda bileşenlerin yansıyan yüzeyleri hakkında bilgi verir. İnce filmler ticari uygulama alanlarında da karşımıza çıkar. Yansıma önleyici kaplamalar, aynalar, optik filtrelerde de uygulanır.

<span class="mw-page-title-main">Mercek</span>

Mercek ya da lens ışığın yönünü değiştiren (kıran), ışık ışınlarını birbirine yaklaştıran ya da uzaklaştıran optik alet.
Basit mercek tek bir optik elemanın kullanıldığı, bileşik mercek ise iki optik elemanın bir arada olduğu mercek tipidir. Bileşik mercek, basit mercek kullanıldığında ortaya çıkan sapınç olayının etkisini azaltmak için kullanılır. Mercekler genelde camdan ve saydam plastikten yapılır. Lensler, gereken şekle göre taşlanır, parlatılır veya kalıplanır. Bir mercek, ışığı odaklamadan kıran bir prizmadan farklı olarak, bir görüntü oluşturmak için ışığı odaklayabilir. Mikrodalga lensler, elektron lensler, akustik lensler veya patlayıcı lensler gibi görünür ışık dışındaki dalgaları ve radyasyonu benzer şekilde odaklayan veya dağıtan cihazlara da "mercekler" denir.

<span class="mw-page-title-main">Fresnel denklemleri</span>

Bu kısım ışığın değişmez düzlemsel arayüzeylerdeki yansımaları ve kırınımlarını tanımlayan Fresnel denklemleri hakkındadır.Işığın bir açıklık boyunca kırınımları için Fresnel kırınımlarına bakınız.İnce lensler ve ayna teknolojileri için Fresnel lens lerine bakınız.

<span class="mw-page-title-main">Optik teleskop</span>

Optik teleskoplar esas olarak elektromanyetik spektrumun görünür ışık kısmından ışığı toplayan ve odaklayan teleskop çeşididir. Kullanım amacı bakılan nesnenin doğrudan görünümü için büyütülmüş görüntüsünü oluşturmak, fotoğrafını çekmek ya da elektronik görüntü sensörleri üzerinden veri toplamaktır.Optik teleskop, başlıca elektromanyetik spektrumun görünür bölgesinden olmak üzere direkt görüş için büyütülmüş bir imaj oluştururken, bir fotoğraf yaratırken ya da elektronik imaj sensörleri boyunca veri toplarken ışığı odaklar ve toplar.

Optik, Mısır ve Mezopotamyalılar tarafından geliştirilen lenslerle başlamış ve Yunan ve Hint filozofları tarafından geliştirilen ışık ve vizyon teorileri takip etmiştir.

Geometrik optik veya ışın optiği, ışık yayılmasını ışınlarla açıklar. Geometrik optikte ışın bir soyutlama ya da enstrumandır; ışığın belirli şartlarda yayıldığı yola yaklaşmada kullanışlıdır.

X ışını optiği, optiğin görünen ışık yerine X ışınları kullanılan bir dalıdır. Görünen ışık için lensler kırılma indisi esasen 1’ den büyük olan şeffaf materyalden yapılırken ; X ışınları içinkırılma indisi birden biraz daha küçüktür. X ışınlarını yönetmenin prensip methodları yansıma, kırınım ve girişimden gelir. Uygulama örnekleri X ışını teleskopları ve X ışını mikroskoplarını içerir. Kırınım, bileşik kırınım merceği için bir temeldir, birçok küçük X ışını merceği seriler halinde X ışınlarının kırınım indisi anı numaralarına göre denklenmişlerdir. Kırınım indisinin hayali kısmı da, X ışınlarını yönlendirmek için kullanılabilir. Görünür ışık için de kullanılabilen pim deliği kamerasi buna bir örnektir.

<span class="mw-page-title-main">Fiziksel optik</span>

Fizikte fiziksel optik veya dalga optiği, geometrik optiklerin ışın yaklaşımının geçerli olmadığı girişim, kırınım, polarizasyon ve diğer olayları inceleyen bir optik dalı. Bu kullanım, tutarlılık teorisinin alt dalında incelenen optik iletişimde kuantum gürültüsü gibi etkilere yer vermeme eğilimindedir.

<span class="mw-page-title-main">Küresel sapınç</span> Optik sapma

Optikte, küresel aberasyon , küresel yüzeylere sahip elemanlara sahip optik sistemlerde bulunan bir sapma türüdür. Lensler ve kavisli aynalar başlıca örneklerdir çünkü bu şeklin üretimi daha kolaydır. Merkez dışında küresel bir yüzeye çarpan ışık ışınları, merkeze yakın gelenlerden daha fazla veya daha az kırılır veya yansıtılır. Bu sapma, optik sistemler tarafından üretilen görüntülerin kalitesini düşürür.

<span class="mw-page-title-main">Petzval alan eğriliği</span>

Adını Joseph Petzval'den alan Petzval alan eğriliği, optik eksene dik olan düz bir nesnenin düz bir görüntü düzleminde düzgün bir şekilde odağa getirilemediği optik sapmayı tanımlar. Alan eğriliği bir alan düzleştirici kullanılarak düzeltilebilir, tasarımlar ayrıca odak yüzeyindeki görüntü kalitesini iyileştirmek için insan gözünde olduğu gibi kavisli bir odak düzlemi içerebilir.

Fotokırılma etkisi, belirli kristallerde ve ışığa kırılma indekslerini değiştirerek tepki veren diğer malzemelerde görülen doğrusal olmayan bir optik etkidir. Bu etki, geçici, silinebilir hologramları saklamak için kullanılabilir ve holografik veri depolaması için kullanışlıdır. Aynı zamanda bir faz eşlenik ayna veya optik uzaysal soliton oluşturmak için de kullanılabilir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.