Tổng quan về môn Quang học

• Quang học là một nhánh của vật lý nghiên cứu hành vi và tính chất của ánh sáng, bao gồm cả sự tương tác của nó với vật chất và việc xây dựng các dụng cụ sử dụng hoặc phát hiện nó.
• Quang học giải thích các hiện tượng quang học như cầu vồng, ảo ảnh và sự khúc xạ ánh sáng qua thấu kính.
• Nó cũng nghiên cứu các tính chất của vật liệu quang học và thiết kế, phân tích các dụng cụ quang học.

Quang học tia

• Quang học tia, còn được gọi là quang hình học, mô tả ánh sáng như một tập hợp các tia truyền theo đường thẳng.
• Các tia này tuân theo các định luật phản xạ và khúc xạ tại giao diện giữa các môi trường khác nhau.
• Phản xạ xảy ra khi ánh sáng dội lại từ một bề mặt. Góc tới bằng góc phản xạ.
• Khúc xạ xảy ra khi ánh sáng đi qua một bề mặt và thay đổi hướng do sự thay đổi tốc độ. Định luật Snell mô tả mối quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ và chiết suất của hai môi trường.
• Quang học tia được sử dụng để thiết kế thấu kính, gương và lăng kính, đồng thời phân tích các hệ quang học như kính viễn vọng và kính hiển vi.
• Các nguyên tắc của quang học tia được sử dụng trong thiết kế của sợi quang, truyền ánh sáng đi xa với tổn thất tối thiểu.

Quang học sóng

• Quang học sóng mô tả ánh sáng như một sóng, có thể thể hiện sự giao thoa và nhiễu xạ.
• Giao thoa xảy ra khi hai hoặc nhiều sóng chồng lên nhau, tạo ra một mẫu sóng mới. Giao thoa kiến ​​tạo xảy ra khi các sóng cùng pha và giao thoa phá hủy xảy ra khi các sóng lệch pha.
• Nhiễu xạ xảy ra khi một sóng đi qua một lỗ hoặc xung quanh một vật cản, khiến sóng lan ra.
• Quang học sóng được sử dụng để thiết kế các dụng cụ quang học như lưới nhiễu xạ và ảnh голограмма.
• Quang học sóng cũng được sử dụng để nghiên cứu các tính chất của ánh sáng, chẳng hạn như sự phân cực và độ kết hợp của nó.

Quang học lượng tử

• Quang học lượng tử nghiên cứu các tính chất cơ học lượng tử của ánh sáng và sự tương tác của nó với vật chất.
• Ánh sáng được lượng tử hóa thành các photon, là các gói năng lượng rời rạc.
• Quang học lượng tử mô tả các hiện tượng như phát xạ tự phát, phát xạ cưỡng bức và vướng víu lượng tử.
• Quang học lượng tử được sử dụng trong việc phát triển các công nghệ như laser, máy tính lượng tử và mật mã lượng tử.
• Điện động lực học lượng tử (QED) là lý thuyết trường lượng tử của ánh sáng và điện từ.

Quang phổ điện từ

• Quang phổ điện từ là phạm vi của tất cả các tần số có thể có của bức xạ điện từ.
• Quang học thường liên quan đến ánh sáng cực tím, ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng hồng ngoại.
• Ánh sáng nhìn thấy là phần của quang phổ điện từ mà mắt người có thể nhìn thấy, từ khoảng 400 nm (tím) đến 700 nm (đỏ).
• Ánh sáng cực tím có bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy và có thể gây cháy nắng và ung thư da.
• Ánh sáng hồng ngoại có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy và có liên quan đến nhiệt.
• Các vùng khác của quang phổ điện từ bao gồm sóng vô tuyến, vi sóng, tia X và tia gamma.

Sự khúc xạ

• Khúc xạ là sự uốn cong của ánh sáng khi nó đi từ môi trường này sang môi trường khác.
• Mức độ uốn cong phụ thuộc vào chiết suất của hai môi trường và góc tới.
• Định luật Snell liên hệ góc tới và góc khúc xạ với chiết suất của hai môi trường: n1sinθ1 = n2sinθ2, trong đó n là chiết suất và θ là góc.
• Chiết suất của một môi trường là tỷ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ ánh sáng trong môi trường đó.
• Phản xạ toàn phần xảy ra khi ánh sáng cố gắng đi từ một môi trường có chiết suất cao hơn sang một môi trường có chiết suất thấp hơn ở một góc tới lớn hơn góc tới hạn.

Thấu kính

• Thấu kính là một mảnh vật liệu trong suốt cong khúc xạ ánh sáng để tạo thành hình ảnh.
• Thấu kính lồi hội tụ các tia sáng, trong khi thấu kính lõm phân kỳ các tia sáng.
• Tiêu cự của thấu kính là khoảng cách từ thấu kính đến điểm mà các tia song song hội tụ (đối với thấu kính lồi) hoặc dường như phân kỳ từ (đối với thấu kính lõm).
• Phương trình của người làm thấu kính liên hệ tiêu cự của thấu kính với chiết suất của nó và bán kính độ cong của các bề mặt của nó.
• Thấu kính được sử dụng trong các dụng cụ quang học như máy ảnh, kính viễn vọng và kính hiển vi.

Dụng cụ quang học

• Các dụng cụ quang học sử dụng thấu kính, gương và các thành phần quang học khác để điều khiển ánh sáng và tạo thành hình ảnh.
• Mắt người là một dụng cụ quang học phức tạp tập trung ánh sáng vào võng mạc để tạo ra hình ảnh.
• Máy ảnh sử dụng thấu kính để tập trung ánh sáng vào cảm biến hoặc phim để chụp ảnh.
• Kính viễn vọng sử dụng thấu kính hoặc gương để thu thập và tập trung ánh sáng từ các vật thể ở xa, cho phép chúng ta nhìn chúng rõ hơn.
• Kính hiển vi sử dụng thấu kính để phóng to các vật thể nhỏ, cho phép chúng ta nhìn thấy các chi tiết mà mắt thường không nhìn thấy được.

Ứng dụng của quang học

• Sợi quang được sử dụng để truyền dữ liệu đi xa với tổn thất tối thiểu.
• Laser được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm máy quét mã vạch, máy in laser và các thủ tục y tế.
• Holography là một kỹ thuật tạo ra hình ảnh ba chiều bằng nhiễu xạ và giao thoa.
• Cảm biến quang học được sử dụng để phát hiện và đo lường các đại lượng vật lý khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất và cường độ ánh sáng.
• Quang phổ học là nghiên cứu về sự tương tác của ánh sáng với vật chất, được sử dụng để xác định thành phần của vật liệu.
• Các kỹ thuật chụp ảnh y tế như nội soi và chụp cắt lớp quang học (OCT) sử dụng ánh sáng để hình dung bên trong cơ thể.