ऑप्टिकल भौतिकी: इतिहास, लगातार शब्द, कानून, अनुप्रयोग - शारीरिक - 2025

शारीरिक प्रकाशिकी ऑप्टिकल प्रकाश की तरंग प्रकृति और भौतिक घटनाओं है कि केवल लहर मॉडल से समझ में आ अध्ययन कर का हिस्सा है। यह हस्तक्षेप, ध्रुवीकरण, विवर्तन और अन्य घटनाओं की घटनाओं का अध्ययन करता है जिन्हें ज्यामितीय प्रकाशिकी से नहीं समझाया जा सकता है।

तरंग मॉडल प्रकाश को एक विद्युत चुम्बकीय तरंग के रूप में परिभाषित करता है जिसके विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र एक-दूसरे के लंबवत होते हैं।

विद्युत चुम्बकीय तरंग

प्रकाश तरंग का विद्युत क्षेत्र (E) अपने चुंबकीय क्षेत्र (B) के समान व्यवहार करता है, लेकिन विद्युत क्षेत्र मैक्सवेल के संबंध (1831-1879) के कारण चुंबकीय क्षेत्र पर प्रबल होता है, जो निम्नलिखित को स्थापित करता है:

जहाँ c = तरंग के प्रसार की गति।

भौतिक प्रकाशिकी परमाणुओं के अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की व्याख्या नहीं करती है। दूसरी ओर, क्वांटम ऑप्टिक्स इन भौतिक घटनाओं के अध्ययन को संबोधित करता है।

इतिहास

भौतिक प्रकाशिकी का इतिहास ग्रिमाल्डी (1613-1663) द्वारा किए गए प्रयोगों से शुरू होता है, जिन्होंने देखा कि एक प्रबुद्ध वस्तु द्वारा डाली गई छाया व्यापक दिखाई दी और रंगीन पट्टियों से घिरी हुई थी।

उन्होंने मनाया घटना विवर्तन कहा। उनके प्रयोगात्मक कार्य ने उन्हें प्रकाश की लहर प्रकृति का प्रस्ताव करने के लिए प्रेरित किया, जैसा कि इसहाक न्यूटन की अवधारणा के विपरीत था जो 18 वीं शताब्दी के दौरान प्रबल हुआ था।

न्यूटोनियन प्रतिमान ने स्थापित किया कि प्रकाश छोटे कोरपर्स की किरण की तरह व्यवहार करता है जो आयताकार रास्तों में उच्च गति से यात्रा करता है।

रॉबर्ट हूक (1635-1703) ने रंग और अपवर्तन पर अपने अध्ययन में प्रकाश की तरंग प्रकृति का बचाव किया, जिसमें कहा गया है कि प्रकाश ने एक ध्वनि माध्यम की तरह व्यवहार किया है जो एक भौतिक माध्यम से लगभग तुरंत तेजी से फैलता है।

बाद में हुयगेन्स (1629-1695), हुक के विचारों के आधार पर, अपने ट्राईटे डे ला लुमिएर (1690) में प्रकाश के तरंग सिद्धांत को समेकित किया जिसमें उन्होंने कहा कि प्रकाश तरंगों को चमकदार प्रकाश द्वारा उत्सर्जित द्वारा फैलता है एक सूक्ष्म और लोचदार माध्यम जिसे ईथर कहा जाता है।

ह्यूजेंस की तरंग सिद्धांत परावर्तन, अपवर्तन और विवर्तन की घटनाओं को न्यूटन के कोरपसकुलर सिद्धांत की तुलना में बहुत बेहतर बताता है, और यह दर्शाता है कि प्रकाश की गति कम घने माध्यम से एक सघन एक तक जाती है।

ह्यूजेंस के विचारों को वैज्ञानिकों ने उस समय दो कारणों से स्वीकार नहीं किया। पहला ईथर की परिभाषा को संतोषजनक ढंग से समझाने में असमर्थता थी, और दूसरा न्यूटन की यांत्रिकी के अपने सिद्धांत के आसपास की प्रतिष्ठा थी जिसने प्रकाश के कोरस्कुलर प्रतिमान का समर्थन करने का निर्णय लेने के लिए वैज्ञानिकों के एक विशाल बहुमत को प्रभावित किया था।

तरंग सिद्धांत का पुनर्जन्म

19 वीं शताब्दी की शुरुआत में, टॉमस यंग (1773-1829) ने अपने हल्के हस्तक्षेप के प्रयोग के परिणामों के आधार पर वैज्ञानिक समुदाय को ह्यूजेंस के लहर मॉडल को स्वीकार करने में सफलता प्राप्त की। प्रयोग ने विभिन्न रंगों के तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करना संभव बना दिया।

1818 में फ़्रेसनेल (1788–1827) ने हस्तक्षेप सिद्धांत के संदर्भ में ह्यूजेंस की लहर सिद्धांत को बहाल किया। उन्होंने प्रकाश की द्विरूपता की घटना को भी समझाया, जिसने उन्हें पुष्टि करने की अनुमति दी कि प्रकाश एक अनुप्रस्थ लहर है।

1808 में Arago (1788-1853) और Malus (1775-1812) ने तरंग मॉडल से प्रकाश के ध्रुवीकरण की घटना को समझाया।

1849 में फ़िज़ियो (1819-1896) के प्रयोगात्मक परिणामों और 1862 में फ़ॉक्लेट (1819-1868) ने यह सत्यापित करना संभव कर दिया कि न्यूटन द्वारा दिए गए स्पष्टीकरण का विरोध करते हुए, प्रकाश पानी में हवा की तुलना में तेजी से फैलता है।

1872 में, मैक्सवेल ने विद्युत और चुंबकत्व पर अपना ग्रंथ प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने उन समीकरणों को कहा जो विद्युत चुंबकत्व को संश्लेषित करते हैं। अपने समीकरणों से उन्होंने तरंग समीकरण प्राप्त किया जिससे उन्हें विद्युत चुम्बकीय तरंग के व्यवहार का विश्लेषण करने की अनुमति मिली।

मैक्सवेल ने पाया कि एक विद्युत चुम्बकीय तरंग के प्रसार की गति प्रसार माध्यम से संबंधित है और प्रकाश की गति के साथ मेल खाता है, यह निष्कर्ष निकालता है कि प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है।

अंत में, 1888 में हर्ट्ज (1857-1894) विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्पादन और पता लगाने में सफल रहा और पुष्टि की कि प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंग का एक प्रकार है।

भौतिक प्रकाशिकी क्या अध्ययन करती है?

भौतिक प्रकाशिकी प्रकाश की तरंग प्रकृति से संबंधित घटनाओं का अध्ययन करती है, जैसे हस्तक्षेप, विवर्तन और ध्रुवीकरण।

दखल अंदाजी

हस्तक्षेप वह घटना है जिसमें दो या दो से अधिक प्रकाश तरंगें ओवरलैप होती हैं, जो अंतरिक्ष के एक ही क्षेत्र में समन्वयित होती हैं, जिससे उज्ज्वल और अंधेरे प्रकाश के बैंड बनते हैं।

ब्राइट बैंड तब उत्पन्न होते हैं जब एक बड़ी आयाम तरंग उत्पन्न करने के लिए कई तरंगों को एक साथ जोड़ा जाता है। इस प्रकार के हस्तक्षेप को रचनात्मक हस्तक्षेप कहा जाता है।

जब तरंगें कम आयाम तरंग उत्पन्न करने के लिए ओवरलैप करती हैं, तो हस्तक्षेप को विनाशकारी हस्तक्षेप कहा जाता है, और अंधेरे प्रकाश के बैंड उत्पन्न होते हैं।

दखल अंदाजी

जिस तरह से रंगीन बैंड वितरित किए जाते हैं उसे हस्तक्षेप पैटर्न कहा जाता है। एक गीली सड़क पर साबुन के बुलबुले या तेल की परतों में हस्तक्षेप देखा जा सकता है।

विवर्तन

विवर्तन की घटना प्रसार की दिशा में परिवर्तन है कि प्रकाश तरंग का अनुभव होता है जब यह एक बाधा या उद्घाटन को हिट करता है, इसके आयाम और चरण को बदल देता है।

हस्तक्षेप की घटना की तरह, विवर्तन सुसंगत तरंगों के सुपरपोजिशन का परिणाम है। दो या दो से अधिक प्रकाश तरंगें सुसंगत होती हैं जब वे एक ही आवृत्ति के साथ दोलन करते हैं एक स्थिर चरण संबंध।

जैसा कि बाधा तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटा और छोटा हो जाता है, विवर्तन घटना बाधा को हिट करने के बाद प्रकाश तरंग किरणों के वितरण का निर्धारण करने में प्रतिबिंब और अपवर्तन घटना पर निर्भर करती है। ।

ध्रुवीकरण

ध्रुवीकरण वह भौतिक घटना है जिसके द्वारा तरंगें विद्युत क्षेत्र वाले विमान के लिए एक ही दिशा में कंपन करती हैं। यदि लहर में प्रसार की एक निश्चित दिशा नहीं है, तो यह कहा जाता है कि लहर ध्रुवीकृत नहीं है। ध्रुवीकरण तीन प्रकार के होते हैं: रैखिक ध्रुवीकरण, गोलाकार ध्रुवीकरण और अण्डाकार ध्रुवीकरण।

यदि लहर ध्रुवीकरण के विमान में एक सीधी रेखा का वर्णन करने वाली एक निश्चित रेखा के समानांतर कंपन करती है, तो इसे रैखिक रूप से ध्रुवीकृत कहा जाता है।

जब लहर के विद्युत क्षेत्र वेक्टर प्रसार की एक ही दिशा के लिए विमान में एक वृत्त का वर्णन करता है, तो इसकी परिमाण को स्थिर रखते हुए, लहर को गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत कहा जाता है।

यदि तरंग के विद्युत क्षेत्र वेक्टर प्रसार की समान दिशा में विमान में एक दीर्घवृत्त का वर्णन करता है, तो लहर को अण्डाकार रूप से ध्रुवीकृत कहा जाता है।

भौतिक प्रकाशिकी में बार-बार शर्तें

ध्रुवीकरण

यह एक ऐसा फिल्टर है जो प्रकाश के केवल एक हिस्से को अनुमति देता है जो एक ही विशिष्ट दिशा में उन्मुख होता है जो उन तरंगों को गुजरने के बिना गुजरता है जो अन्य दिशाओं में उन्मुख होते हैं।

लहर सामने

यह ज्यामितीय सतह है जिसमें एक लहर के सभी भागों में एक ही चरण होता है।

लहर आयाम और चरण

आयाम एक लहर की अधिकतम बढ़ाव है। एक लहर का चरण एक पल में कंपन की स्थिति है। दो तरंगें चरण में होती हैं जब उनमें कंपन की एक ही अवस्था होती है।

ब्रूस्टर कोण

यह प्रकाश की घटनाओं का कोण है जिसके द्वारा स्रोत से परावर्तित प्रकाश तरंग पूरी तरह से ध्रुवीकृत होती है।

इन्फ्रारेड

प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण स्पेक्ट्रम में 700 एनएम से 1000 माइक्रोन तक मानव आंखों को दिखाई नहीं देता है।

प्रकाश की गति

यह निर्वात में प्रकाश तरंग के प्रसार का एक गति स्थिरांक है जिसका मान 3 × 10 ⁸ m / s है। प्रकाश की गति का मान भिन्न होता है जब यह एक भौतिक माध्यम में फैलता है।

वेवलेंथ

एक शिखा और दूसरी शिखा के बीच की दूरी या घाटी और लहर की एक और घाटी के बीच की दूरी का एक उपाय जो इसे प्रचारित करता है।

पराबैंगनी

400 एनएम से कम तरंग दैर्ध्य के स्पेक्ट्रम के साथ गैर-दृश्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण।

भौतिक प्रकाशिकी के नियम

नीचे भौतिक प्रकाशिकी के कुछ नियमों का उल्लेख किया गया है जो ध्रुवीकरण और हस्तक्षेप की घटनाओं का वर्णन करते हैं

फ्रेस्नेल और अरागो कानून

1. रैखिक, सुसंगत और ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण वाली दो प्रकाश तरंगें हस्तक्षेप पैटर्न बनाने के लिए एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप नहीं करती हैं।

2. रैखिक, सुसंगत और समानांतर ध्रुवीकरण के साथ प्रकाश की दो तरंगें अंतरिक्ष के एक क्षेत्र में हस्तक्षेप कर सकती हैं।

3. रैखिक, गैर-सुसंगत और ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण के साथ प्राकृतिक प्रकाश की दो तरंगें हस्तक्षेप पैटर्न बनाने के लिए एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप नहीं करती हैं।

मालस कानून

मालस के नियम में कहा गया है कि एक ध्रुविका द्वारा प्रेषित प्रकाश की तीव्रता उस कोण के कोसाइन के वर्ग के सीधे आनुपातिक होती है जो ध्रुवीय के संचरण की धुरी और घटना प्रकाश के ध्रुवीकरण के अक्ष का निर्माण करती है। दूसरे शब्दों में:

मैं = ध्रुवीकरण द्वारा प्रेषित प्रकाश की तीव्रता

θ = ट्रांसमिशन बीम और घटना बीम के ध्रुवीकरण अक्ष के बीच का कोण

मैं ₀ = हादसा प्रकाश की तीव्रता

मालस कानून

ब्रूस्टर का नियम

किसी सतह द्वारा परावर्तित प्रकाश किरण पूरी तरह से ध्रुवीकृत होती है, जो प्रकाश की घटनाओं के समतल दिशा में सामान्य होती है, जब अपवर्तित किरण के साथ परावर्तित किरण का कोण 90 ° के बराबर होता है।

ब्रूस्टर का नियम

अनुप्रयोग

भौतिक प्रकाशिकी के कुछ अनुप्रयोग ऑप्टिकल सिस्टम के डिजाइन में और ऑप्टिकल मेट्रोलॉजी में तरल क्रिस्टल के अध्ययन में हैं।

तरल क्रिस्टल

तरल क्रिस्टल वे पदार्थ होते हैं जो ठोस अवस्था और तरल अवस्था के बीच रखे जाते हैं, जिनके अणुओं में एक द्विध्रुवीय क्षण होता है जो उन पर पड़ने वाले प्रकाश के ध्रुवीकरण को प्रेरित करता है। इस संपत्ति से, कैलकुलेटर, मॉनिटर, लैपटॉप और सेल फोन के लिए स्क्रीन विकसित किए गए हैं।

लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (एलसीडी) के साथ डिजिटल घड़ी

ऑप्टिकल सिस्टम डिजाइन

ऑप्टिकल सिस्टम अक्सर रोजमर्रा की जिंदगी, विज्ञान, प्रौद्योगिकी और स्वास्थ्य सेवा में उपयोग किया जाता है। ऑप्टिकल सिस्टम सूचनाओं को सूर्य, एलईडी, टंगस्टन लैंप या लेजर जैसे प्रकाश स्रोतों से संसाधित, रिकॉर्ड और संचारित करने की अनुमति देता है। ऑप्टिकल सिस्टम के उदाहरण डिफ्रेक्टोमीटर और इंटरफेरोमीटर हैं।

ऑप्टिकल मेट्रोलॉजी

यह प्रकाश तरंग के आधार पर भौतिक मापदंडों के उच्च रिज़ॉल्यूशन माप को ले जाने के लिए जिम्मेदार है। ये माप इंटरफेरोमीटर और अपवर्तक उपकरणों के साथ किए जाते हैं। चिकित्सा क्षेत्र में, रोगियों के महत्वपूर्ण संकेतों की निरंतर निगरानी के लिए मेट्रोलॉजी का उपयोग किया जाता है।

फिजिकल ऑप्टिक्स में हालिया शोध

ऑप्टोमेकेनिकल केकर प्रभाव (ए वी पॉशकिंसकी 1 और एएन पोड्डुबनी, 15 जनवरी 2019)

पॉशकिंसकी और पोड्डुबनी (1) ने दिखाया कि कंपन गति वाले नैनोमेट्रिक कण 1983 में केर्कर एट अल (2) द्वारा प्रस्तावित एक ऑप्टिकल-मैकेनिकल प्रभाव के समान हो सकते हैं।

केरकर प्रभाव एक ऑप्टिकल घटना है जिसमें गोलाकार चुंबकीय कणों द्वारा बिखरे हुए प्रकाश की एक मजबूत दिशा प्राप्त करना शामिल है। इस दिशात्मकता के लिए आवश्यक है कि कणों में विद्युत बलों के समान तीव्रता की चुंबकीय प्रतिक्रियाएं हों।

केकर प्रभाव एक सैद्धांतिक प्रस्ताव है जिसमें चुंबकीय और विद्युत विशेषताओं वाले भौतिक कणों की आवश्यकता होती है जो वर्तमान में प्रकृति में मौजूद नहीं हैं। पॉशकिंसकी और पोद्दुबनी ने नैनोमेट्रिक कणों पर एक ही प्रभाव प्राप्त किया, महत्वपूर्ण चुंबकीय प्रतिक्रिया के बिना, जो अंतरिक्ष में कंपन करता है।

लेखकों ने दिखाया कि कण कंपन चुंबकीय और विद्युत ध्रुवीकरण में उचित रूप से हस्तक्षेप कर सकते हैं, क्योंकि एक ही क्रम के परिमाण के चुंबकीय और विद्युत ध्रुवीयता घटकों को कण में प्रेरित किया जाता है जब प्रकाश के अकार्बनिक बिखरने पर विचार किया जाता है।

लेखक नैनो-ऑप्टिकल उपकरणों में ऑप्टिकल-मैकेनिकल प्रभाव के आवेदन को ध्वनिक तरंगों के अनुप्रयोग द्वारा कंपन बनाते हैं।

एक्सट्रॉकोर्पोरियल ऑप्टिकल कम्युनिकेशन (डीआर धतचैनी और वाईएच चुंग, मई 2019)

Dhatchayeny और Chung (3) एक प्रायोगिक एक्स्ट्राकोर्पोरियल ऑप्टिकल संचार (OEBC) प्रणाली का प्रस्ताव करते हैं जो Android तकनीक के साथ मोबाइल फोन पर अनुप्रयोगों के माध्यम से लोगों की महत्वपूर्ण संकेत सूचना प्रसारित कर सकती है। प्रणाली में सेंसर का सेट और डायोड हब (एलईडी सरणी) शामिल हैं।

नाड़ी, शरीर के तापमान और श्वसन दर जैसे महत्वपूर्ण संकेतों का पता लगाने, प्रक्रिया करने और संचार करने के लिए शरीर के विभिन्न हिस्सों पर सेंसर लगाए जाते हैं। डेटा को एलईडी सरणी के माध्यम से एकत्र किया जाता है और ऑप्टिकल ऐप के साथ मोबाइल फोन कैमरे के माध्यम से प्रेषित किया जाता है।

एलईडी सरणी रेले गैन्स डेबी (आरजीबी) प्रकीर्णन तरंगदैर्ध्य रेंज में प्रकाश उत्सर्जित करती है। उत्सर्जित प्रकाश के प्रत्येक रंग और रंग संयोजन महत्वपूर्ण संकेतों से संबंधित हैं।

प्राधिकारियों द्वारा प्रस्तावित प्रणाली एक महत्वपूर्ण तरीके से महत्वपूर्ण संकेतों की निगरानी की सुविधा प्रदान कर सकती है, क्योंकि प्रयोगात्मक परिणामों में त्रुटियां न्यूनतम थीं।

संदर्भ

1. ऑप्टोमैकेनिकल केकर इफेक्ट। पॉशकिंसकी, एवी और पोद्दुनी, ए। एन। 1, 2019, फिजिकल रिव्यू एक्स, वॉल्यूम 9, पीपी। 2160-3308।
2. चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा विद्युत चुम्बकीय प्रकीर्णन। केर्कर, एम, वांग, डीएस और गिल्स, सी एल। 6, 1982, जर्नल ऑफ ऑप्टिकल सोसाइटी ऑफ अमेरिका, वॉल्यूम 73।
3. मानव महत्वपूर्ण साइन ट्रांसमिशन के लिए स्मार्टफोन कैमरों का उपयोग करते हुए ऑप्टिकल अतिरिक्त शरीर संचार। धत्चैनी, डी और चुंग, वाई। 15, 2019, अप्पल। ऑप्ट।, वॉल्यूम। 58।
4. अल-अज़ाववी, ए। फिजिकल ऑप्टिक्स प्रिंसिपल्स एंड प्रैक्टिस। बोका रैटन, FL: CRC प्रेस टेलर एंड फ्रांसिस ग्रुप, 2006।
5. ग्राटन-गुनेस, आई। द कम्पैनियन इनसाइक्लोपीडिया ऑफ द हिस्ट्री एंड फिलॉसफी ऑफ द मैथमेटिकल साइंसेज। न्यूयॉर्क, यूएस: रूटलेज, 1994, वॉल्यूम II।
6. अखमनोव, एसए और निकितिन, एस यू। शारीरिक प्रकाशिकी। न्यूयॉर्क: ऑक्सफोर्ड यूनिवर्सिटी प्रेस, 2002।
7. Lipson, A, Lipson, SG और Lipson, H. Physical Optics। कैम्ब्रिज, यूके: कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस, 2011।
8. मिकेलसन, ए आर फिजिकल ऑप्टिक्स। न्यूयॉर्क: स्प्रिंगर साइंस + बिजनेस मीडिया, 1992।
9. जेनकिंस, एफए और व्हाइट, एच ई। फंडामेंटल ऑफ़ ऑप्टिक्स। एनवाई: मैकग्रा हिल हायर एजुकेशन, 2001।