نورشناسی, اپتیک یا فیزیک نور، شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی نور و خواص آن و برهمکنش آن با ماده می‌پردازد. نورشناسی به مطالعه حوزه نور مرئی، ماوراء بنفش و فروسرخ امواج الکترومغناطیسی می‌پردازد.

کمال‌الدین فارسی ریاضی‌دان و فیزیکدان برجسته ایرانی سهم عمده‌ای در گسترش فیزیک نور داشته‌است.

تاریخچه

در یونان باستان عقیده بر این بود که نور از چشم به سمت اشیا می‌تابد و بازتاب آن باعث دیدن و دیده شدن، می‌شود. موزی، ارسطو و اقلیدس در سدهٔ ۵ و ۴ پیش از میلاد با استفاده از تئوری سوراخ‌سوزنی یا اتاقک تاریک تلاش کردند خلاف آن نظریه را ثابت کنند. آن‌ها در پشت دوربین‌های سوراخ سوزنی صفحه‌ای نیمه‌مات قرار می‌دادند تا تصویر بازتاب شدهٔ روی آن با چشم دیده شود. در قرن ششم میلادی، آنتمیوس در آزمایش‌های خود از دوربین تاریکخانه‌ای استفاده کرد.

اما ابن هیثم پدر علم نورشناسی یا فیزیک نور، در سدهٔ پنجم هجری/یازدهم میلادی، بود که رساله ای درباره نورشناسی نوشت و در نهایت تئوری دوربین سوراخ سوزنی را گسترش داد و در مشاهدات خورشید گرفتگی خود از وسیله‌ای به نام اتاقک تاریک استفاده کرد. او برای نخستین‌بار از دوربین سوراخ سوزنی و دوربین تاریکخانه‌ای در آزمایش‌هایش جهت بررسی خواص نور، استفاده نمود و آن را به جهان معرفی کرد.

یعقوب بن اسحاق کندی (م 258) معروف به فیلسوف عرب یا فیلسوف و شاهزاده عرب، از حکمای برجسته اسلامی درباره شناخت نور یا علم مناظر کتابی نوشته که تحریری است بهتر از اپتیک یا مناظر کتاب اقلیدس، که این کتاب را بارها به لاتین ترجمه کرده اند.

نورشناسی هندسی

نورشناسی هندسی نور به صورت یک پرتو منتشر شونده در یک خط راست مدل بندی می‌کند. این نظریه توانسته‌است بسیاری از ویژگی‌های نور مثل شکست نور، بازتاب نور از سطوح را به خوبی توصیف نماید.

نورشناسی موجی

پدیده‌هایی وجود دارند که دیگر نمی‌توان آنها را با دید نور هندسی مورد مطالعه قرار داد که نمونه‌ای از این پدیده‌ها پراش، پاشندگی، تداخل نور می‌باشد. آشناترین این پدیده‌ها آزمایش دو شکاف یانگ است که دو شکاف عبور دهنده نور یک منبع، روی پرده یک طرح تداخلی ایجاد می‌کند و کاملاً ناقض نظریه ذره‌ای نور و نورشناسی هندسی است. با تلاش‌های ماکسول مشخص شد که رفتار نور به خوبی با استفاده از یک موج الکترومغناطیسی قابل توصیف است.

نورشناسی کوانتومی

با وجود همه موفقیت‌هایی که در زمینه نورشناسی انجام شده‌بود باز هم هنوز نور ماهیت اصلی خود را هویدا نکرده‌بود. اما با پیشرفت‌هایی که در زمینه مکانیک کوانتومی انجام شدT کاربرد آن در حوزه نورشناسی جبهه‌های جدیدی در این علم گشود و نمودهای تازه‌ای از نور مشاهده شد. این موضوع تا جایی ادامه یافت که اعتقاد دانشمندان فیزیک بر آن شد که نور ذاتاً یک موجود کاملاً کوانتمی است و آنچه که در تئوری‌های کلاسیک به آن پرداخته می‌شود یک تقریب نسبتاً خوب از نور است. در این مدل بندی جدید پدیده‌هایی پیش‌بینی و توصیف شدند که پیش از این بررسی نمی‌شدند. اپتیک کوانتومی یکی از دانش‌های بنیادین در طراحی رایانه‌های کوانتمی است که به دلیل تحول شگرف حجم و سرعت محاسبات، نمی‌توان آن را دست کم گرفت. امروزه موفق‌ترین مدل برای توصیف نور مدل نورشناسی کوانتومی است.

 

فهرست مطالب:

فصل اول: تداخل امواج

مقدمه و روابط ریاضی

دو منبع همفاز باشند

و…

فصل دوم: دو شکافی یانگ

وسائل آزمایش

هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

روش اندازه ‌گیری

محاسبه‌ خطای آزمایش

و…

فصل سوم: دو منشور فرنل

وسائل آزمایش

هدف آزمایش

طول موج نور منبع تک رنگ

فاصله دو تصویر شکاف

روش آزمایش

اندازه‌ گیری d

اندازه‌ گیری مستقیم

استفاده از لیزر هلیوم – نئون

زاویه انحراف نور در منشور

سایر اندازه ‌گیری ‌ها

اندازه‌ گیری ε

طول موج منبع

محاسبه‌ خطای آزمایش

و…

فصل چهارم: دو آینه فرنل

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

محاسبه خطا

و…

فصل پنجم: آینه لوید

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

و…

فصل ششم: گوه‌ هوا

واسل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

شرط وجود کمینه رتبه m ام

شرط وجود بیشینه m ام

روش آزمایش

زاویه بین تیغه‌ های اپتیکی

ضخامت کاغذ

و…

فصل هفتم: حلقه ‌های نیوتن

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

شرط کمینه (تاریکی)

شرط بیشینه (روشنایی)

نوار مرکزی تاریک

نوار مرکزی روشن

شعاع انحناء سطح کروی

روش آزمایش

محاسبه R

و…

فصل هشتم: تداخل سنج مایکلسون

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

مدرج کردن تداخل سنج

اندازه‌ گیری طول موج منبع مجهول

اندازه‌ گیری ضریب شکست گازها در فشار مورد نظر

و…

فصل نهم: تداخل سنج فابری ـ پرو

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

ختلاف راه نوری هر دو پرتو متوالی

اختلاف فاز هر دو پرتو متوالی

معادله شدت

مدرج کردن تداخل سنج

اندازه‌ گیری اختلاف طول موجهای D1 و D1 زرد سدیم

اندازه ‌گیری طول موجهای منبع نور مجهول

و…

فصل دهم: بیناب نمای منشوری (پاشندگی نور در منشور)

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

نظریه کلاسیوس

توان جدا کنندگی هر دستگاه نوری

اندازه‌ گیری زاویه رأس منشور

تعیین ضریب شکست منشور با بکار گیری زاویه حداقل انحراف

ضریب شکست منشور

و…

فصل یازدهم: تفرق نور در توری پراش

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

فرمول کلی برای توری پراش

پاشندگی زاویه ‌ای

روش عمود کردن توری پراش بر امتداد پرتوها

اندازه‌ گیری فاصله دو شکاف متوالی توری پراش

تعیین توان جداکنندگی توری پراش

اندازه‌ گیری اختلاف طول موج خطوط 1 D و 2 D زرد سدیم

اندازه ‌گیری طول موج‌ های منبع مجهول

و…

فصل دوازدهم: تفرق در یک شکاف و دو شکاف

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

شدت نسبی نوارهای تفرقی نسبت به بیشینه اصلی

تفرق ناشی از دو شکاف

و…

فصل سیزدهم: بررسی قطبش نور

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

قانون مالوس

تحقیق قانون مالوس

تاثیر محیط ناهمسانگرد بر نور قطبیده

و…

فصل چهاردهم: اثر فاراده

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

تعیین ثابت وردت

و…

در این مرجع تمام فرمول های ریاضی و روابط فیزیکی مورد نیاز برای محاسبه مجهولات آزمایشات به طور کامل نوشته شده اند و یک فایل آموزشی کامل می باشد.