Optika je vědecký obor fyziky zabývající se viditelným světlem, ultrafialovým a infračerveným zářením a jeho šířením v různých prostředích.
Studuje tedy elektromagnetické záření o vlnové délce 10 nm - 1 mm (má společné vlastnosti).
Zabývá se světelnými jevy, jejich zákonitostmi a ději vzájemného působení světla se světlem (elektromagnetickým zářením) nebo hmotou.
Paprsková optika, někdy též nazývaná geometrická, na světlo pohlíží jako na svazek paprsků a zanedbává jeho vlnovou povahu.
Vlnová optika vychází z vlnové povahy světla jako elektromagnetického záření.
Kvantová optika, též nazývaná fotonová, zkoumá děje, při kterých se projevuje kvantový charakter světla.
To se nešíří spojitě, ale jako proud částic s určitou energií, tedy jako proud fotonů.
Vysvětluje např. disperse světla - rozložení bílého světla na jeho základní barvy, např.
Vady optických soustav - neboli optické aberace jsou nesprávná zobrazení optické soustavy (např. oka) z různých důvodů.
Důsledkem může být například změna barvy, změna kontrastu či rozostření obrazu.
Odraz světla je jedním z nejzákladnějších jevů optiky, který je přítomen ve všech zrcadlech.
Snellův zákon (zákon lomu) popisuje, jak se světlo láme při přechodu mezi dvěma různými prostředími (např. ze vzduchu do vody).
Snellův zákon je základem pro všechny optické soustavy, včetně čoček, brýlí a mikroskopů.
Huygensův princip je užitečný pro pochopení vlnového chování světla.
Říká, že každý bod vlny se chová jako zdroj nových vln.
Když se dvě nebo více světelných vln setkají a vzájemně se zesílí nebo zeslabí v závislosti na jejich fázi, nastává interference světla.
Interference je základem pro mnoho optických zařízení, včetně interferometru.
Ten slouží k měření jemných změn v prostředí, jako je změna tlaku nebo teploty.
Při difrakci se světlo ohýbá kolem překážek nebo prochází úzkými štěrbinami.
Polarizace světla popisuje orientaci oscilací světelných vln.
Optický mikroskop zjednodušeně funguje na základě usměrněného světelného svazku, který prochází soustavou čoček (objektiv) a okulárem umožňujícím pozorování zvětšeného obrazu v rozmezí 0,2 mm až 0,2 μm.
První mikroskopy byly tak jednoduché, že měly jen jednu čočku - vlastně to byly spíš velmi silné lupy.
A přesto už v 17. století
Elektronový mikroskop je složitější typ mikroskopu, který od sebe může rozlišit až atomy.
A k tomu je používáno elektromagnetické záření, respektive proud elektronů.
Na rozdíl od světelného mikroskopu, který využívá světelné elektromagnetické záření, elektronový mikroskop pracuje s proudem elektronů, jejichž vlnová délka je mnohem kratší než vlnová délka viditelného světla.
To umožňuje dosáhnout výrazně vyššího rozlišení.
Endoskopie je metoda vyšetření tělních dutin a orgánů, která umožňuje jak "nahlédnutí", tak odběry vzorků tkáně (biopsie).
Moderní endoskop je tvořen optickými vlákny, které fungují na principu úplného odrazu.
Fotometrie využívá jevu absorpce světla.
Absorpční fotometrii používáme k určení koncentrace roztoku na základě hodnoty absorbance, tedy míry pohlcení světla různými materiály.
Díky odlišné interakci látek s různými vlnovými délkami elektromagnetického záření jsme schopni provést spektrální analýzu.
Tak můžeme zjistit například typ chemické látky, koncentraci látky či měření struktury látky.
Polarimetrie nám umožňuje zjistit typ, koncentraci látek či optické vlastnosti materiálu na základě opticky aktivních látek, které stáčejí rovinu polarizovaného světla (v biochemii např.
V oblasti optických přístrojů a metod je možné zmínit také různé techniky, které umožňují pokročilé analýzy materiálů a biologických vzorků.
Kromě běžně používaných mikroskopů a endoskopů se významně vyvinula i oblast optických vláken a jejich využití v komunikacích a medicíně.
Optická vlákna umožňují přenos světla na velké vzdálenosti, přičemž ztráty signálu jsou minimální.
Další metodou je Ramanova spektroskopie, která využívá rozptyl světla k získání informací o molekulárních vibracích materiálu.
REICHL, Jaroslav. Optika a její dělení [online] [online].
[cit. VEJRAŽKA, Martin. Optické metody a jejich využití [online] [online].
[cit. Lidské oko, dalekohled, mikroskop, videokamera, fotografický přístroj, … vytvářejí obrazy předmětů na základě zákonů optiky.
1. 2. 3. 4. Nezávislost chodu paprsků lze v této souvislosti chápat dvojím způsobem.
Jednak to znamená, že když se setkají dva paprsky, vzájemně se neovlivní, a jednak lze obrátit i jejich směr.
To tedy znamená, že při výkladu základních poznatků o vytváření obrazů optickými soustavami nebudeme uvažovat vlnovou podstatu světla (nebudeme uvažovat ohybové a interferenční jevy, …).
Do optiky lze též zahrnout i účinky světelného záření zkoumané v chemii, biologii, lékařství, psychologii, …
Optika patří spolu s mechanikou k nejstarším oborům fyziky.
Souvisí to s tím, že člověk získává zrakem více než 80 % informací o světě.
Prudký rozvoj optiky přinesl vynález a využití laseru, optika se uplatňuje i v elektronických zařízeních - tzv.
Základní vlastnosti světla a zákony popisující jeho šíření určují i různý přístup k výkladu světelných jevů a použití různých metod k jejich zkoumání.
1. optiku paprskovou (geometrickou) - při popisu optického zobrazení zanedbává vlnovou povahu světelného záření.
Je založena na principu nezávislosti chodu světelných paprsků, na přímočarém šíření světla v homogenním prostředí a na zákonech odrazu a lomu.
2. optiku vlnovou - zabývá se jevy, které nelze vysvětlit pomocí paprskové optiky, ale je nutné vzít v úvahu vlnovou povahu světla (interference, ohyb, polarizace, …).
Do této části optiky patří jevy, při nichž světlo interaguje s objekty, které mají srovnatelné rozměry s vlnovou délkou světla, tj. 3. Světlo zkoumáme ještě z větší blízkosti než ve vlnové optice.
Velmi schematicky je toto dělení znázorněno na obr. 1, na kterém je zobrazeno několik paprsků vystupujících ze žárovky.
S použitím první (velké) lupy odhalíme, že paprsky jsou vlastně vlny - jen z velké vzdálenosti nejsou vidět.
Obr. V optice se studuje tzv. optické záření, což je elektromagnetické vlnění (záření), jehož vlnové délky leží v intervalu .
1. - po zvětšení vlnové délky začíná být tato vlnová délka srovnatelná s rozměry optických prvků optických soustav.
Tyto prvky, které se uplatňují při přenosu záření, poté záření významným způsobem ovlivňují.
Jedná se tedy o technickou hranici.
2. - hranice mikroskopická.
Vzdálenosti atomů () a molekul () jsou menší než vlnová délka optického záření.
Při jejím zmenšení bude její velikost srovnatelná s uvedenými vzdálenostmi a vlnění bude ovlivněno nehomogenitou prostředí.
V různých publikacích se uváděný interval vlnových délek, na které je citlivé lidské oko, může nepatrně lišit.
