Optik Giriş - Hecht - Küçük PDF

# KISA TARİHÇE ## 1.1 ÖNSÖZ - İlerdeki bölümlerde özellikle güncel konular üzerinde durularak, optik biliminin büyük bir kısmı incelenmeye çalışılacaktır. - Konu yaklaşık üç bin yıllık insanlık tarihinde biraraya getirilen muazzam bir bilgi birikimini içine almaktadır. - Optik modern bakış açısı i...

# KISA TARİHÇE ## 1.1 ÖNSÖZ - İlerdeki bölümlerde özellikle güncel konular üzerinde durularak, optik biliminin büyük bir kısmı incelenmeye çalışılacaktır. - Konu yaklaşık üç bin yıllık insanlık tarihinde biraraya getirilen muazzam bir bilgi birikimini içine almaktadır. - Optik modern bakış açısı ile ele alınmadan önce, o noktaya ulaştıran yol kısaca izlenerek herşey perspektif olarak ortaya konulacaktır. - Hikâyenin tamamında çok sayıda ikinci derece olay zincirleri, karakterler, kahramanlar, kahramanımsılar ve arada bir, iki de kötü adam bulunmaktadır. - Geçen binlerce yılın karmaşıklığından belki dört ana konu ayıklanabilir. - Yansıma ve kırılma optiği ile ışığın dalga ve kuantum teorileridir. ## 1.2 BAŞLANGIÇTA - Optik teknolojisinin başlangıcı çok eski çağlara kadar gitmektedir. - Exodus te (yaklaşık M.Ö. 1200), Bezaleel'in mavna ve tapınağı hazırlarken süslenme aynasının dökümünü pirinçten merasim leğenine nasıl yaptığı hikâye edilir. - İlk aynalar, parlatılmış bakır, tunç, daha sonraları da kalayca zengin bir bakır alaşımından yapılmıştır. - Eski Mısır'dan günümüze örnekler ulaşabilmiştir. - Örneğin, Nil vadisinde Sesostris II piramidi yakınlarında işçilerin çalıştığı yerde, bir takım aletlerle birlikte çok iyi durumda bir ayna toprak altından çıkarılmştır (yaklaşık M.Ö. 1900). - Eski Yunan filozoflarından Pythagoras, Democritus, Empedocles, Plato, Aristotle ve diğerleri ışığın doğası hakkında çeşitli teoriler geliştirmişlerdir - (Aristotle'nunki 19. yüzyıl eter teorisine çok benzemekteydi). - Işığın doğru yolla yayılması ve yansıma yasası o zamanlar bilinmekteydi. - Euclid yansıma yasasını Catoptrics adlı kitabında açıklamıştı (M.Ö. 300). - Bu her iki olayı da, ışığın iki nokta arasında en kısa yolu izleyeceği savıyla İskenderiyeli Hero açıklamaya çalışmıştı. - Yakınsak bir mercek olan yakıcı camı Aristophanes Bulutlar güldürü oyununda konu etmiştir (M.Ö.424). - Suya bir kısmı batırılmış cisimlerin bükülmüş görünmelerine Plato Cumhuriyet adlı eserinde değinmiştir. - Kırılma, Cleomedes (M.S.50) ve daha sonra İskenderiyeli Ptolemy (M.S.130) tarafından incelenmiştir. - Ptolemy çeşitli ortamlar için gelme ve kırılma açılarının oldukça incelikli ölçümlerini bir çizelgede toplamıştır. - Romalıların da yakıcı camları olduğu tarihçi Pliny (M.S. 23-79)'nin kayıtlarından anlaşılmaktadır. - Ateş yakmakta kullanıldığı sanılan çeşitli cam ve kristal küreler Roma harabelerinden bulunmuş, düzlem-tümsek bir mercek Pompeii'de ele geçirilmiştir. - Romalı filozof Seneca (M.Ö.3 M.S.65) su dolu bir cam yuvarlağın büyüteç olarak kullanılabilineceğine işaret etmiştir. - Bazı Romalı sanatkarların çok incelikli işlerini kolaylaştırmak için büyüteç kullanmış olabilecekleri mümkün gözükmektedir. ## 1.3 ONYEDİNCİ YÜZYIL SONRASI - Mercekli teleskobu kimin keşfettiği tam belli olmamakla birlikte, Hague arşiv kayıtlarına göre, Hollandalı gözlük yapımcısı olan Lippershey (1587-1619) 2 Ekim 1608 de bu alete patent almak üzere başvurmuştu. - Bu buluştan Padua'da haberdar olan G.Galilei (1564-1642), mercekleri elde biçimlendirerek birkaç ay içinde kendi aletini yapmıştır. - Mikroskop aşağı yukarı aynı zamanda, muhtemelen Hollandalı Janssen (1588-1632) tarafından icat edilmişti. - Mikroskobun içbükey görüntü merceği (eyepiece) yerine Napolili Fontana (1580-1656) dışbükey bir mercek kullanmış ve Kepler (1571-1630) benzer değişikliği teleskopta yapmıştır. - Kepler, Dioptrice adı eserini 1611 de yayınlamıştır. - İç tam yansımayı keşfetmiş, kırılma yasası için gelme ve kırılma açılarının orantılı olduğunu, küçük açı yaklaşıklığını bulmuştur. - İnce mercek sistemleri için birinci mertebe optiğini geliştirmiş ve kitabında, Kepler (yakınsak görüntü mercekli) ve Galile (ıraksak görüntü mercekli) teleskoplarını ayrıntılı olarak açıklamıştır. - Leyden'de Profesör Snell (1591-1626), uzun süre gizemini koruyan kırılma yasasını 1621 de denel olarak bulmuştur. - Bu optikteki en önemli anlardan biriydi. - İki ortam arasındaki sınırı geçerken ışık ışınlarının nasıl yönlendirildiğini tam olarak bilmekle, Snell kapıyı modern uygulamalı optiğe bir hamlede ardına kadar açmıştır. - Kırılma yasasını sinüslerle günümüzdeki şekli ile ilk kez yayınlayan Descartes (1596-1650) olmuştur. - Descartes bu yasayı, ışığın esnek bir ortamda ilerleyen bir basınç gibi ele alındığı modeli kullanarak çıkarmıştır. - Bunu, La Dioptrique (1637) adlı eserinde söyle ifade ediyordu: ## 1.4. ONDOKUZUNCU YÜZYIL - Işığın dalga teorisi 19. yüzyılın gerçek dehalarından biri olan Young (1773-1829)'ın ellerinde yeniden doğmuştur. - 1801, 1802 ve 1803 de İngiltere Kraliyet derneğine sunduğu tebliğlerinde dalga teorisini overek ona girişim ilkesi denilen yeni bir temel kavram eklemiştir: ## 1.5. YİRMİNCİ YÜZYIL OPTİĞİ - Etere göre bağıl hareketin herhangi bir etkisini gözlemlemede deneysel yetersizliğin farkına ilk varan Poincaré (1854-1912) olmuştu. - 1899 da görüşlerini açıklamaya başlamış ve 1900 de şöyle demişti: # 2 DALGA HAREKETİNİN MATEMATİĞİ - Birbirleriyle ilişkili görünmemekle birlikte dalga hareketinin matematiği ile tanımlanabilen birçok fiziksel olay vardır. - Gerilmiş bir ipte ilerleyen bir atma (puls) (Şekil 2.1), bir bardak sudaki bir yüzey gerilim dalgacığı ve evrende uzak bir noktadan bize ulaşan ışık arasında temel benzerlikler bulunmaktadır. - Bu bölümde, dalga olayını genel olarak incelemek için gereken bazı matematiksel teknikler geliştirilecektir. - İlk önce değişimin (disturbance) yayılmasına ilişkin oldukça basit bazı fikirter ele alınıp bunlardan üç boyutlu diferansiyel dalga denklemine varılacaktır. - Optik incelemelerde kalem, küresel ve silindirik dalgalar kullanıldığından, bunlar matematiksel olarak temsil edilip diferansiyel dalga denkleminin çözümleri olduğu gösterilecektir. - Elde edilen sonuçların özel görelilik kurallarına uyduğu gösterilebilir olmakla birlikte, burada bu yapılmayıp tamamen klasik işlemlerle vetinilecektir. ## 2.1 BİR BOYUTLU DALGALAR - Yayılan bir dalganın temel özelliği, içinde hareket ettiği ortamda kendi başına değişimini sürdürmesidir. - Artı x-ekseni yönünde, sabit bir v hızıyla hareket eden böyle bir değişimi ele alındığında, bunun yapısının ne olduğunun şimdilik hiç bir önemi yoktur. - Değişim, Şekil 2.1 de savaldağü gibi, bir ipteki düşey yerdeğiştirme veya bir elektromanyetik dalganın elektrik veya