نورشناسی (Optics) 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.

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 ازدوربین 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 (Geometrical optics)

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 (Physical/Wave Optics)

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 (Quantum Optics)

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 شد 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: مبانی نور هندسی

مقدمه

اصل هویگنس

اصل فرما

نظر هرو اسکندرانی

اصل برگشت پذیری

بازتاب در آینه تخت

شکست در سطح تخت

بازتاب آینه ای

عمق ظاهری

باز تاب کلی داخلی

بازتاب در سطح کروی

انواع آینه های کروی

نورشناسی هندسی یا گاوسی

قرارداد علامتها

فاصله کانونی

معادله آینه ها

بزرگنمایی عرضی

شکست در سطح کروی

و…

فصل دوم: حرکت موجی و موجهای الکترومغناطیسی

معادله موج یک بعدی

تعیین متداولترین شکل موج پیش رونده و معادله دیفرانسیل آن

روش یافتن معادله دیفرانسیل جزئی موجهای دوره ای

موج هماهنگ

فاز حرکت

اعداد مختلط

نمایش موج هماهنگ با عدد مختلط

موجهای تخت

موجهای کروی

موجهای الکترومغناطیسی

اثر دوپلر

اصل بر هم نهی

بر هم نهی موجهای هم بسامد

چشمه های همدوس و کتره ای

و…

فصل سوم: تداخل نور

تداخل دو باریکه

انواع تداخل

آزمایش دو شکاف یانگ

تداخل دو شکاف با چشمه های مجازی

روش آینه لوید

روش آینه های فرنل

منشور دوگانه فرنل

تداخل در لایه های دی الکتریک

فریزهای هم ضخامت

حلقه های نیوتون

و…

فصل چهارم: همدوسی

مقدمه

آنالیز فوریه

ضرایب رابطه دیریکله

نمایش آنالیز فوریه موج مربع

نمایش سری فوریه با استفاده از معادله اویلر به صورت تابعهای مختلط

آنالیز فوریه برای قطار موج هماهنگ متناهی

همدوسی زمانی و پهنای خط طبیعی

همدوسی فضایی

پهنای همدوسی فضایی

و…

فصل پنجم: قطبش نور

مقدمه

قطبش به روش جذب گزینشی

قانون مالوس

قطبش به روش بازتاب از سطح دی الکتریک

قطبش به روش پراکندگی

قطبش دو شکستی

شکست دو گانه

و…

فصل ششم: پراش فرانهوفر

تعریف پراش

انواع پراش

پراش در تک شکاف

پهنای زاویای بیشینه مرکزی

پخش باریکه

روزنه های راستگوشه و دایره ای

تفکیک

معیار ریلی

پراش دو شکاف

پراش چند شکاف

و…

فصل هفتم: پراش فرنل

انتگرال پراش فرنل – کیرشهف

معیار پراش فرنل

ضریب انحراف

پراش فرنل در روزنه دایره ای

تغییر فاز نور پراشیده

تیغه منطقه ای فرنل

پراش فرنل در روزنه های با تقارن راستگوشه

مارپیچ کورنو

و…