Fysisk optik vs. geometrisk optik: definition og forskelle

En forståelse af både geometrisk og fysisk optik giver os mulighed for at studere fænomener, der er resultatet af både partikel- og bølgeforhold ved lys.
Egenskaber ved lys

Lys bevæger sig gennem rummet som elektromagnetiske bølger og
som partikler. Som et resultat af denne partikelbølgedualitet, når fysikere arbejder med optik (studiet af lys), skal de tænke på forplantningen af lys på en af to måder, afhængigt af anvendelsen.

Når man tænker på sådanne egenskaber ved lys som interferens, polarisering eller farve, er det at gå at beskrive lys som tværgående bølgefronter. Men når man bygger et teleskop eller en korrigerende linse og bestemmer, hvordan lys vil reflektere, bryde og transmittere, er den bedste mulighed at tænke på lys som en stråle af partikler, der bevæger sig i lige linjer kaldet stråler.
Wave Optics and the Wave Theory of Light

Undersøgelsen af fysisk optik bruger lysets bølgekarakter til at forstå sådanne fænomener som interferensmønstre forårsaget af lysbølger, der passerer gennem diffraktionsgitre og spektroskopi. Fysisk optik startede som felt i 1800-tallet efter adskillige centrale opdagelser, herunder eksistensen af lys uden for det synlige spektrum af Sir Frederick William Herschel.

I fysisk optik er lys repræsenteret som en tværgående bølgefront, som den sinusformede eller "S-kurve", der også beskriver en bølge, der bevæger sig gennem vandet med kobber og tråg (høje og lave punkter). Med denne model følger lysbølger de samme regler som andre tværgående bølger - deres frekvenser og bølgelængder er omvendt proportional på grund af bølghastighedsforligningen, og bølgefronterne interfererer med hinanden, hvor de skærer hinanden.

For eksempel to kamper (høje punkter) eller to truger (lave punkter), der overlapper hinanden konstruktivt, hvilket gør den samlede kam højere eller den samlede kugle lavere henholdsvis. Hvor bølgefronterne mødes ude af fase - en kam og et truge sammen - forstyrrer de destruktivt
, enten fuldstændigt eller delvist afbryder hinanden.

At tænke på lys som en bølge er også nøglen at forstå forskellene mellem lystyper i det elektromagnetiske spektrum, såsom forskellen mellem radio, synlige og røntgenstråler, da disse typer er klassificeret efter deres bølgeegenskaber. Dette betyder også, at behandling af lys som en bølge er vigtig i den fysiske farveoptik, da det er en undergruppe af den synlige del af spektret.
Geometrisk optik og stråling -

I geometrisk optik bruger fysikere lysets partikelkarakter for at repræsentere dens sti i lige linjer kendt som stråler. Geometrisk optik har været i brug i meget længere tid end fysisk optik, da folk havde lært, hvordan man designe apparater, der bøjes og fokuserer lys til formål som at fremstille teleskoper og korrigerende linser, inden de forstod, hvad lys var. I 1600 var slibning af linser med det formål at hjælpe menneskets syn almindelig.

Lysstråler tegnes som en lige linie der stammer fra en lyskilde og angiver retningen for lysets bevægelse. Et strålediagram bruges til at vise stierne i adskillige repræsentative lysstråler, når de reflekterer, bryder og transmitterer gennem forskellige materialer for at bestemme målinger som brændvidde og størrelse og orientering af det resulterende billede.

Af sporer stierne af lysstråler, kan fysikere bedre forstå optiske systemer, herunder billeddannelse i tynde linser og plane spejle, optiske fibre og andre optiske instrumenter. I betragtning af dens lange historie som felt har geometrisk optik ført til adskillige velkendte love om, hvordan lys springer og bøjer, måske mest berømt loven om brydning (Snells lov) og reflektionsloven.