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 آزمايش

هدف آزمایش

ملاحظات نظري

روش آزمايش

روش اندازه ‌گيري

محاسبه‌ خطاي آزمايش

و...

فصل سوم: دو منشور فرنل

وسائل آزمايش

هدف آزمایش

طول موج نور منبع تك رنگ

فاصله دو تصوير شكاف

روش آزمايش

اندازه‌ گيري d

اندازه‌ گيري مستقيم

استفاده از ليزر هليوم - نئون

زاويه انحراف نور در منشور

ساير اندازه ‌گيري ‌ها

اندازه‌ گيري ε

طول موج منبع

محاسبه‌ خطاي آزمايش

و...

فصل چهارم: دو آینه فرنل

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظري

روش آزمايش

محاسبه خطا

و...

فصل پنجم: آینه لوید

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظري

روش آزمایش

و...

فصل ششم: گوه‌ هوا

واسل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

شرط وجود كمينه رتبه m ام

شرط وجود بيشينه m ام

روش آزمايش

زاويه بين تيغه‌ هاي اپتيكي

ضخامت کاغذ

و...

فصل هفتم: حلقه ‌هاي نيوتن

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

شرط كمينه (تاريكي)

شرط بيشينه (روشنايي)

نوار مرکزی تاریک

نوار مرکزی روشن

شعاع انحناء سطح كروي

روش آزمایش

محاسبه R

و...

فصل هشتم: تداخل سنج مايكلسون

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

مدرج كردن تداخل سنج

اندازه‌ گيری طول موج منبع مجهول

اندازه‌ گيري ضريب شكست گازها در فشار مورد نظر

و...

فصل نهم: تداخل سنج فابري ـ پرو

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

ختلاف راه نوري هر دو پرتو متوالي

اختلاف فاز هر دو پرتو متوالي

معادله شدت

مدرج كردن تداخل سنج

اندازه‌ گيري اختلاف طول موجهاي D1 و D1 زرد سديم

اندازه ‌گيري طول موجهاي منبع نور مجهول

و...

فصل دهم: بيناب نماي منشوري (پاشندگی نور در منشور)

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

نظريه كلاسيوس

توان جدا كنندگي هر دستگاه نوري

اندازه‌ گيري زاويه رأس منشور

تعيين ضريب شكست منشور با بكار گيري زاويه حداقل انحراف

ضريب شكست منشور

و...

فصل یازدهم: تفرق نور در توري پراش

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

فرمول كلي براي توري پراش

پاشندگي زاويه ‌اي

روش عمود كردن توري پراش بر امتداد پرتوها

اندازه‌ گيري فاصله دو شكاف متوالي توري پراش

تعيين توان جداكنندگي توري پراش

اندازه‌ گيري اختلاف طول موج خطوط 1 D و 2 D زرد سديم

اندازه ‌گيري طول موج‌ هاي منبع مجهول

و...

فصل دوازدهم: تفرق در يك شكاف و دو شكاف

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

شدت نسبي نوارهاي تفرقي نسبت به بيشينه اصلي

تفرق ناشي از دو شكاف

و...

فصل سیزدهم: بررسي قطبش نور

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

قانون مالوس

تحقيق قانون مالوس

تاثير محيط ناهمسانگرد بر نور قطبيده

و...

فصل چهاردهم: اثر فاراده

وسایل و هدف آزمایش

ملاحظات نظری

روش آزمایش

تعيين 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.