Ugrás a tartalomhoz

Optika és látórendszerek

Sánta Imre (2012)

EDUTUS Főiskola

A fénytan alapjai, fejezetei

A fénytan alapjai, fejezetei

A fénytan (optika) általában a fényjelenségekkel és a fény terjedési törvényeivel foglalkozik.

A fény az ember egyik legfontosabb képességével, a látással kapcsolatos. A világ megismeréséhez és megértéséhez a fény segítségével kaptuk a legtöbb információt, ezért az ember kezdetektől fogva kutatta jelenségeit és természetét. Bár eleinte többnyire téves elméletek születtek, volt néhány korai felismerés, ami kiállta az idők próbáját.

A fény mind hullám-, mind részecsketulajdonságokkal rendelkezik. Hullám módjára terjed, és részecskeként van kölcsönhatásban az anyaggal.

A hullámként való terjedés helyett a fénysugarakat geometriai vonalként is modellezhetjük [makroszkopikus (> 1 mm) méretek esetén, korlátozott pontossággal]. Számos jelenség (fényelhajlás, interferencia, polarizáció) azonban csak a hullámelmélettel írható le.

A fény részecskéit a kvantummechanika fénykvantumoknak, fotonoknak nevezi. A foton olyan részecske, amelynek nyugalmi tömege zérus, de energiát (h.ν) és impulzust (h.ν/c) hordoz. A fény fotononként „születik” egy atom vagy molekula elektronfelhőjében, és ugyancsak fotonként „hal” meg – alakul át más energiafajtává – egy atomban vagy molekulában.

Az optikát a fentiek miatt általában két részre osztják:

1. A geometriai optika a fény terjedését a fényforrásból minden irányba kilépő fénysugarakkal írja le, és nem foglalkozik a fény hullám- és részecsketermészetével és az ezekből származó jelenségekkel. Alapvető fogalma a fénysugár – a végtelen vékonyságú fénynyaláb, amit a fénysugár terjedési iránya mentén két ponton átmenő egyenessel ábrázolunk. Ez a fény hullámhosszánál sokkal nagyobb méretek (>1 mm) esetén jól használható közelítés.

2. A fizikai optika a fény kettős természetével, a hullám-, illetve részecskejellegének jelenségeivel és a különböző anyagokkal való kölcsönhatásaival foglalkozik. Fejezetei:

  • hullámoptika: a fény terjedésének magyarázata a fény hullámelmélete alapján

  • fotonoptika: az anyaggal való kölcsönhatásának tárgyalása a fény részecskemodellje alapján

  • fotometria: a fény intenzitásának mérése (a látható és a közeli UV- és IR-tartományban)

A legtöbb gyakorlati probléma megoldásához, a jelenségek értelmezéséhez (a látás mechanizmusa, a szem működése, távcső, mikroszkóp stb.) nélkülözhetetlen mind a geometriai, mind a fizikai optika ismerete.