لیزر و اپتیک

پراش نور

وقتي جسم كدري ميان يك پرده و يك چشمه نقطه‌اي نور قرار گيرد، سايه‌اي پيچيده متشكل از نواحي روشن و تاريك ايجاد مي‌شود. اين اثر به آساني قابل روئيت است، اما يك چشمه نسبتا قوي ضروري است. لامپي با شدت زياد كه از يك سوراخ كوچك مي‌درخشد، اين كار را به خوبي انجام مي‌دهد. اگر به نقش سايه حاصل از يك قلم ، تحت روشنايي يك چشمه نقطه‌اي نگاه كنيد يك ناحيه روشن غير معمولي در كناره خواهيد ديد.

حتي نواري با روشنايي ضعيف در وسط اين سايه تشكيل مي‌شود. به سايه‌اي كه توسط دستتان در امتداد نور خورشيد ايجاد مي‌شود، نگاهي دقيق بيندازيد. معمولا پراش مربوط به موانع شفاف مورد نظر قرار نمي‌گيرد. هر چند اگر در شب رانندگي كرده باشيد، در حاليكه چند قطره باران بر روي شيشه عينكتان نشسته باشد، فريزهاي روشن و تاريك را مشاهده خواهيد كرد.

تاريخچه

اولين مطالعه تفضيلي منتشر شده درباره انحراف نور از مسير مستقيم توسط فرانسسيكو گريمالدي در قرن هفدهم انجام گرفت و آن را پراشه ناميد.

انواع پراش

پراش فرانهوفر

فرض كنيد كه يك مانع كدر حاوي يك روزنه كوچك داريم كه امواج تخت حاصل از يك چشمه نقطه‌اي شكل خيلي دور (S) ، آن را روشن كرده است. صفحه مشاهده ، پرده‌اي است موازات با مانع كدر ، دورتر بودن صفحه مشاهده به آرامي باعث تغيير پيوسته در فريزها مي‌شود. در فاصله خيلي دور از مانع نقش تصوير شده بطور قابل ملاحظه‌اي پخش خواهد شد. بطوري كه به روزنه واقعي بي‌شباهت است و يا شباهت اندكي با آن خواهد داشت. از آنجا به بعد حركت دادن پرده تنها اندازه نقش پراش را تغيير مي‌دهد ولي شكل آن را بدون تغيير مي‌گذارد. اين پراش را فرانهوفر يا پراش ميدان- دور مي‌گويند.

- پراش فرنهوفر تك شكاف

در اين نمونه شكاف مستطيل شكل كه پهناي كوچك و طول چند سانتي متردارد، در مقابل منبع نور قرار مي‌گيرد. پرتوهاي نور بعد از عبور از شكاف بر روي پرده تشكيل تصوير مي‌دهند، كه قسمت مركزي در مقايسه با كناره‌ها شدت بيشتري دارد. نقش‌هاي پراش در اطراف اين ناحيه بوضوح ديده مي‌شود و ضمن اينكه شدت نور با دور شدن از ناحيه مركزي كاهش ي‌يابد، نوارهاي تاريك در بين نوارهاي روشن قابل روئيت است.

- شكاف دوگانه

در اين نمونه مانع كدر كه در مقابل نور قرار مي‌گيرد از دو شكاف مستطيل شكل موازي تشكيل شده است. هر روزنه به خودي خود همان نقش پراش تك شكافي را روي پرده ديد ايجاد خواهد كرد. در هر نقطه روي پرده سهم‌هاي مربوط به اين دو شكاف روي هم مي‌افتد. گرچه دامنه هر كدام از آنها اساسا بايد باهم مساوي باشد، ممكن است اختلاف فاز قابل توجهي پيدا كنند. در داخل قله مركزي پراش وجود خواهد داشت. ممكن است يك بيشينه تداخل و يك كمينه پراش با يك مقدار از (زاويه انحراف از قسمت مركزي) متناظر باشند. در چنين حالتي نوري وجود ندارد، كه در آن موقعيت دقيق در تداخل شركت كند و قله حذف شده را مرتبه گم شده مي‌نامند.

پراش فرنل

فرض كنيد يك مانع كدر حاوي روزنه كوچك كه اموج تخت حاصل از يك چشمه نقطه‌اي شكل خيلي دور (S) ، آن را روشن كرده است. در اين حالت صفحه مشاهده پرده‌اي موازي با مانع است. در اين شرايط يك تصوير از روزنه بر روي پرده مي‌افتد، كه علي‌رغم وجود برخي فريزهاي جزئي در اطراف محيط آن ، به روشني قابل تشخيص است. بتدريج كه صفحه مشاهده از مانع دور مي‌شود، تصوير روزنه گر چه هنوز به راحتي قابل تشخيص است، هرچه شكل مشخص‌تري به خود مي‌گيرد، و اين در حالي است كه فريزها نمايانتر مي‌شوند. اين پديده مشاهده شده پراش فرنل يا ميدان- نزديك ناميده مي‌شود.

اصل بابينه

دو پرده پراشان را مكمل مي‌گويند، هرگاه نواحي شفاف روي يك پرده با نواحي كدر پرده ديگر و بر عكس متناظر باشند. وقتي كه دو پرده مكمل روي هم بيافتند، آشكار است كه تركيب آنها كاملا كدر است.

توري پراش

آرايه‌اي تكراري از عناصر پراشان ، نظير روزنه‌ها يا موانعي كه اثر آنها ايجاد تغييرات متناوبي در فاز ، دامنه يا هر دوي آنها در يك موج خروجي است، يك توري پراش ناميده مي‌شود. غالبا توريهاي تخت تراشه‌اي ، يا شيارهايي تقريبا مستطيلي چنان سوار مي‌شوند كه بردار انتشار فرودي تقريبا بر هر يك از وجوه شيارها عمود باشند.

ابيراهي در عدسي

در سیستمهای نوری هر انحرافی از تصویر کامل تحت عنوان ابیراهی مطرح می‌شود که این انحراف برای نور تکرنگ شامل ابیراهی کروی ، ابیراهی کما ، انحنای میدان ، اعوجاج و آستیگماتیسم می‌باشد. نور مرکب علاوه بر ابیراهیهای مذکور ابیراهی رنگی نیز خواهد داشت.

[ فيزيك نور و اپتيك ]

در سيستمهاي نوري هر انحرافي از تصوير كامل تحت عنوان ابيراهي مطرح مي‌شود كه اين انحراف براي نور تكرنگ شامل ابيراهي كروي ، ابيراهي كما ، انحناي ميدان ، اعوجاج و آستيگماتيسم مي‌باشد. نور مركب علاوه بر ابيراهيهاي مذكور ابيراهي رنگي نيز خواهد داشت.

در سيستمهاي نوري مركزدار و عدسيها چنين فرض مي‌شود كه در تمام حالات از طرف جسم دسته باريكي اشعه كه شعاع اصلي آن عمود بر سطح عدسي باشد، مي‌تابد. همچنين ، جسم كوچك ، عمود بر محور اصلي و نور تابشي تك‌رنگ فرض مي‌شود، ولي در عمل شرايط فوق موجود نيست، در نتيجه تصويري كه توسط دستگاهي ، از يك جسم حاصل مي‌شود، با تصوير نظري يكسان نمي‌باشد، يعني در نتيجه عدم رعايت تقريب گاوس و بكار نبردن نور تك‌رنگ معايبي در تصوير حاصل مي‌شود و هر انحرافي از تصوير كامل تحت عنوان ابيراهي مطرح مي‌شود.

انواع ابيراهي

ابيراهي رنگي

هر جا كه تغيير ضريب شكست يا رنگ نور به حساب بيايد، ابيراهي رنگي مطرح مي‌شود، زيرا ضريب شكست مواد شفاف با رنگ نور تغيير مي‌كند. عدسي از جسم ، تنها يك تصوير نمي‌دهد بلكه از آن يك سري تصوير (به ازاي هر رنگ موجود در دسته شعاع يك تصوير) تشكيل مي‌دهد. مشابهت عدسي با منشور كه در لبه‌هاي آن مشهودتر است، موجب پاشندگي نور مي‌گردد. بزرگنمايي جانبي هم به دنبال تغيير فاصله كانوني با رنگ تغيير مي‌كند. خود ابيراهي رنگي به دو نوع ابيراهي رنگي محوري يا طولي و ابيراهي جانبي يا عرضي تقسيم مي‌شود.

ابيراهي تكفام

انحراف هر شعاع از مسير تعيين شده (ابيراهي آن) بوسيله فرمول گاوس برحسب پنج حاصل‌جمع موسوم به جمعهاي سيدل بيان مي‌شود. اگر تصوير حاصل بدون عيب مي‌بود، تمام اين حاصل‌جمعها صفر مي‌شد، اما هيچ دستگاه نوري نمي‌توان ساخت كه در آن تمام اين شرايط را يكجا داشته باشيم. صفر شدن هر يك از اين جمله‌ها متناظر با نبودن ابيراهي معيني است. اين ابيراهيها كه براي هر رنگ و ضريب شكست خاصي وجود دارد، تحت عنوان ابيراهي نور تكفام مطرح مي‌شوند.

انواع ابيراهي نور تكفام

ابيراهي كروي

هرگاه دهانه عدسي‌هاي كروي بيش از حد مجاز در تقريب گاوس باشد، تصاوير حاصل معايبي از خود نشان مي‌دهند كه ناشي از يكسان نبودن بزرگنمايي در مركز و لبه عدسي مي‌باشد. اين عيب و تغيير شكل تصاوير ، به نام ابيراهي كروي در عدسي خوانده مي‌شود كه تحت اين شرايط ميان كانون پرتو پيرامحوري و كانون پرتو كناري سطحي به عنوان سطح كمترين تاري ايجاد مي‌شود. خود ابيراهي كروي به دو نوع ابيراهي طولي كروي ، ابيراهي جانبي كروي تقسيم مي‌شود.

ابيراهي كما

اگر نقطه نوراني خارج از محور اصلي عدسي باشد و يك دسته اشعه با زاويه بزرگ به عدسي فرستاده شود، اشعه خروجي پس از خروج از عدسي در روي صفحه‌اي عمود بر محور فرعي تصوير غيرقرينه‌اي بدست خواهد داد. اين تصوير از نظر شكل و توزيع انرژي نامتقارن است، اين ابيراهي تصوير را ابيراهي كما مي‌نامند. در حقيقت ابيراهي كما همان ابيراهي كروي است كه از قرار گرفتن نقطه نوراني در خارج از محور اصلي حاصل مي‌شود. خود ابيراهي كما بر دو نوع كما مثبت و كما منفي تقسيم مي‌شود.

ابيراهي آستيگماتيسم

اين عيب تصوير موقعي روي مي‌دهد كه فاصله نقطه‌اي از جسم ، از محور آينه مقعر تا حدي زياد باشد و اشعه‌هاي تابشي چه باهم موازي باشند و چه باهم موازي نباشند، با آينه زاويه φ مي‌سازند. در مورد عدسي‌ها هم ابيراهي به همين شكل مطرح است، يعني عدسي از نقطه دور از محور نمي‌تواند تصوير نقطه‌اي بدهد. در اين صورت دچار ابيراهي آستيگماتيسم است و تصوير مبهم حاصل از آن آستيگماتيك نام دارد، زيرا خطوط شعاعي متفاوتي در كانون متفاوتي نسبت به خطوط عمودي متمركز مي‌شوند.

انحناي ميدان

اگر عيب دستگاه نوري از هر لحاظ اصلاح شده باشد، باز نقايصي در تصوير به علت انحناي ميدان ايجاد مي‌شود كه ميدان و تصوير در مركز واضح است و در كناره‌‌ها به كلي ناواضح است، زيرا اشعه آمده از هر يك از نقاط جسم محدود نيست. بطوري كه شعاعهاي ويژه نقاط مختلف جسم از نقاط مختلف عدسي عبور نمي‌كند.

ابيراهي اعوجاج يا واپيچش نور

ابيراهي مربوط به اعوجاج يا واپيچش در مورد اجسام مربعي بوجود مي‌آيد، بطوريكه تصوير يك شي مربعي ، ديگر مربع نباشد، زيرا بزرگنمايي جانبي در تمام جهات يكنواخت نيست، ممكن است اضلاع به درون خميده باشند كه واپيچش بالشي ايجاد كنند، يا اضلاع به بيرون خميده شوند و توليد واپيچش بشكه‌اي كنند.

كنترل و بهينه ‌سازي ابيراهي‌ها در دستگاههاي نوري

ابيراهي در عدسي به نوع شيشه عدسي كه نوع محيط عدسي نيز تعبير مي‌شود، ‌توان (فاصله كانوني) تك تك اجزاي نوري در صورتي كه توان اجزا مختلف عوض شوند، يكسري از ابيراهي‌ها تصحيح مي‌شوند كه در رفع كما و آستيگماتيسم عامل مهم است.

شكل عدسي (ميزان خميدگي عدسي) توان عدسي تغيير كند، شعاع سطوح عوض مي‌شود، آنچه بر ابيراهي‌ها اثرگذار است، شكل عدسي ، فاصله بين عدسي‌ها يا اجزاي نوري دستگاه كه اين فاصله بر ارتفاع پرتو و يا توان كل ذستگاه تاثير دارد. ضخامت عدسي‌ها محل دريچه در مورد ابيراهي آستيگماتيسم ، واپيچش ، انحناي ميدان ، رنگي عرضي و كما اين عامل اثر گذار است.

فيبر نوري

فیبر نوری یکی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر: شبکه های تلفن شهری و بین شهری ، شبکه های کامپیوتری و اینترنت استفاده بعمل می آید. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای بوده که هر یک از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود ...

فيبر نوري چيست و كاربرد و عملكرد فيبر نوري چگونه است

پيش گفتار

فيبر نوري يكي از محيط هاي انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فيبر نوري در موارد متفاوتي نظير: شبكه هاي تلفن شهري و بين شهري ، شبكه هاي كامپيوتري و اينترنت استفاده بعمل مي آيد. فيبرنوري رشته اي از تارهاي شيشه اي بوده كه هر يك از تارها داراي ضخامتي معادل تار موي انسان را داشته و از آنان براي انتقال اطلاعات در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.

مباني فيبر نوري

فيبر نوري ، رشته اي از تارهاي بسيار نازك شيشه اي بوده كه قطر هر يك از تارها نظير قطر يك تار موي انسان است . تارهاي فوق در كلاف هائي سازماندهي و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. از فيبر نوري بمنظور ارسال سيگنال هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.

مزاياي فيبر نوري

فيبر نوري در مقايسه با سيم هاي هاي مسي داراي مزاياي زير است :

· ارزانتر. هزينه چندين كيلومتر كابل نوري نسبت به سيم هاي مسي كمتر است .

· نازك تر. قطر فيبرهاي نوري بمراتب كمتر از سيم هاي مسي است .

· ظرفيت بالا. پهناي باند فيبر نوري بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بيشتر از سيم مسي است .

· تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوري بمراتب كمتر از سيم مسي است .

· سيگنال هاي نوري . برخلاف سيگنال هاي الكتريكي در يك سيم مسي ، سيگنا ل ها ي نوري در يك فيبر تاثيري بر فيبر ديگر نخواهند داشت .

· مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوري كمتر ضعيف مي گردند ، بنابراين مي توان از فرستنده هائي با ميزان برق مصرفي پايين نسبت به فرستنده هاي الكتريكي كه از ولتاژ بالائي استفاده مي نمايند ، استفاده كرد.

· سيگنال هاي ديجيتال . فيبر نور ي مناسب بمنظور انتقال اطلاعات ديجيتالي است .

· غير اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الكتريسيته ، امكان بروز آتش سوزي وجود نخواهد داشت .

· سبك وزن . وزن يك كابل فيبر نوري بمراتب كمتر از كابل مسي (قابل مقايسه) است.

· انعطاف پذير . با توجه به انعظاف پذيري فيبر نوري و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين هاي ديجيتال با موارد كاربردي خاص مانند : عكس برداري پزشكي ، لوله كشي و ...استفاده مي گردد.

با توجه به مزاياي فراوان فيبر نوري ، امروزه از اين نوع كابل ها در موارد متفاوتي استفاده مي شود. اكثر شبكه هاي كامپيوتري و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعي از فيبر نوري استفاده مي نماين

بخش هاي مختلف فيبر نوري

يك فيبر نوري از سه بخش متفاوت تشكيل شده است :

هسته (Core)

هسته نازك شيشه اي در مركز فيبر كه سيگنا ل هاي نوري در آن حركت مي نمايند.

روكش Cladding بخش خارجي فيبر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نورمنعكس شده به هسته مي گردد.

بافر رويه Buffer Coating

روكش پلاستيكي كه باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير ، است .

انواع فيبر نوري

صدها و هزاران نمونه از رشته هاي نوري فوق در دسته هائي سازماندهي شده و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. هر يك از كلاف هاي فيبر نوري توسط يك روكش هائي با نام Jacket محافظت مي گردند. فيبر هاي نوري در دو گروه عمده ارائه مي گردند:

فيبرهاي تك حالته (Single-Mode)

بمنظور ارسال يك سيگنال در هر فيبر استفاده مي شود نظير : تلفن

فيبرهاي چندحالته Multi-Mode

بمنظور ارسال چندين سيگنال در يك فيبر استفاده مي شود( نظير : شبكه هاي كامپيوتري)

فيبرهاي تك حالته داراي يك هسته كوچك ( تقريبا" ۹ ميكرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور ليزري مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) مي باشند. فيبرهاي چند حالته داراي هسته بزرگتر ( تقريبا" ۵ / ۶۲ ميكرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED مي باشند

ارسال نور در فيبر نوري

فرض كنيد ، قصد داشته باشيم با استفاده از يك چراغ قوه يك راهروي بزرگ و مستقيم را روشن نمائيم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسير مسفقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد كرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشكلي وجود نداشته و چراغ قوه مي تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن كرد. در صورتيكه راهروي فوق داراي خم و يا پيچ باشد ، با چه مشكلي برخورد خواهيم كرد؟

در اين حالت مي توان از يك آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعكاس نور از زاويه مربوطه گردد.در صورتيكه راهروي فوق داراي پيچ هاي زيادي باشد ، چه كار بايست كرد؟ در چنين حالتي در تمام طول مسير ديوار راهروي مورد نظر ، مي بايست از آيينه استفاده كرد. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با يك زاويه خاص) از نقطه اي به نقطه اي ديگر حركت كرده ( جهش كرده و طول مسير راهرو را طي خواهد كرد). عمليات فوق مشابه آنچيزي است كه در فيبر نوري انجام مي گيرد.

تكنولوژي ( فن آوري ) فيبر نوري

نور، در كابل فيبر نوري از طريق هسته (نظير راهروي مثال ارائه شده ) و توسط جهش هاي پيوسته با توجه به سطح آبكاري شده ( Cladding) ( مشابه ديوارهاي شيشه اي مثال ارائه شده ) حركت مي كند.( مجموع انعكاس داخلي ) . با توجه به اينكه سطح آبكاري شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمي باشد ، نور قادر به حركت در مسافت هاي طولاني مي باشد. برخي از سيگنا ل هاي نوري بدليل عدم خلوص شيشه موجود ، ممكن است دچار نوعي تضعيف در طول هسته گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوري به درجه خلوص شيشه و طول موج نور انتقالي دارد. ( مثلا" موج با طول ۸۵۰ نانومتر بين ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر كيلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بين ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر كيلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بيش از ۵۰ درصد در هر كيلومتر

سيستم رله فيبر نوري

بمنظور آگاهي از نحوه استفاده فيبر نوري در سيستم هاي مخابراتي ، مثالي را دنبال خواهيم كرد كه مربوط به يك فيلم سينمائي و يا مستند در رابطه با جنگ جهاني دوم است . در فيلم فوق دو ناوگان دريائي كه بر روي سطح دريا در حال حركت مي باشند ، نياز به برقراري ارتباط با يكديگر در يك وضعيت كاملا" بحراني و توفاني را دارند. يكي از ناوها قصد ارسال پيام براي ناو ديگر را دارد.كاپيتان ناو فوق پيامي براي يك ملوان كه بر روي عرشه كشتي مستقر است ، ارسال مي دارد. ملوان فوق پيام دريافتي را به مجموعه اي از كدهاي مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه مي نمايد. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از يك نورافكن اقدام به ارسال پيام براي ناو ديگر مي نمايد.

يك ملوان بر روي عرشه كشتي دوم ، كدهاي مورس ارسالي را مشاهده مي نمايد. در ادامه ملوان فوق كدهاي فوق را به يك زبان خاص ( مثلا" انگليسي ) تبديل و آنها را براي كاپيتان ناو ارسال مي دارد. فرض كنيد فاصله دو ناو فوق از يكديگر بسار زياد ( هزاران مايل ) بوده و بمنظور برقراي ارتباط بين آنها از يك سيتستم مخابراتي مبتني بر فيبر نوري استفاده گردد.

سيستم رله فيبر نوري از عناصر زير تشكيل شده است :

فرستنده . مسئول توليد و رمزنگاري سيگنال هاي نوري است .

فيبر نوري مديريت سيكنال هاي نوري در يك مسافت را برعهده مي گيرد.

بازياب نوري . بمنظور تقويت سيگنا ل هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي گردد.

· دريافت كننده نوري . سيگنا ل هاي نوري را دريافت و رمزگشائي مي نمايد.

در ادامه به بررسي هر يك از عناصر فوق خواهيم پرداخت .

فرستنده

وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو فرستنده پيام است . فرستنده سيگنال هاي نوري را دريافت و دستگاه نوري را بمنظور روشن و خاموش شدن در يك دنباله مناسب ( حركت منسجم ) هدايت مي نمايد. فرستنده ، از لحاظ فيزيكي در مجاورت فيبر نوري قرار داشته و ممكن است داراي يك لنز بمنظور تمركز نور در فيبر باشد. ليزرها داراي توان بمراتب بيشتري نسبت به LED مي باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با LED بمراتب بيشتر است . متداولترين طول موج سيگنا ل هاي نوري ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است .

بازياب ( تقويت كننده ) نوري

همانگونه كه قبلا" اشاره گرديد ، برخي از سيگنال ها در موارديكه مسافت ارسال اطلاعات طولاني بوده ( بيش از يك كيلومتر ) و يا از مواد خالص براي تهيه فيبر نوري ( شيشه ) استفاده نشده باشد ، تضعيف و از بين خواهند رفت . در چنين مواردي و بمنظور تقويت ( بالا بردن ) سيگنا ل هاي نوري تضعيف شده از يك يا چندين " تقويت كننده نوري " استفاده مي گردد. تقويت كننده نوري از فيبرهاي نوري متععدد بهمراه يك روكش خاص (doping) تشكيل مي گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يك ليزر پمپ مي گردد . زمانيكه سيگنال تضعيف شده به روكش دوپينگي مي رسد ، انرژي ماحصل از ليزر باعث مي گردد كه مولكول هاي دوپينگ شده، به ليزر تبديل مي گردند. مولكول هاي دوپينگ شده در ادامه باعث انعكاس يك سيگنال نوري جديد و قويتر با همان خصايص سيگنال ورودي تضعيف شده ، خواهند بود.( تقويت كننده ليزري)

دريافت كننده نوري

وظيفه دريافت كننده ، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو دريافت كننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال هاي ديجيتالي نوري را اخذ و پس از رمزگشائي ، سيگنا ل هاي الكتريكي را براي ساير استفاده كنندگان ( كامپيوتر ، تلفن و ... ) ارسال مي نمايد. دريافت كننده بمنظور تشخيص نور از يك "فتوسل" و يا "فتوديود" استفاده مي كند

كريسمس امسال كه هداياي خود را باز مي كنيد مراقب باشيد.كندن نوار چسبها باعث ايجاد اشعه X ميشود.

پژوهشگران در دانشگاه كاليفرنيا-لس آنجلس نشان دادهاند كه كندن نوار چسبهاي معمولي در خلاء اشعه X توليد مي كند.ميزان توليد آن به اندازه كافي بوده است كه از آن براي عكسبرداري از استخوان انگشت يكي از دانشمندان شركت كننده در اين آزمايش استفاده شود.

"از برخي جهات ما كمي ترسيده بوديم" اين نقل قولي است از Juan Escobar يكي از اعضاي اين تيم تحقيقاتي. اما او و همكارانش بزودي دريافتند كه اشعه X تنها وقتي ساطع مي شود كه اين آزمايش در شرايط خلاء انجام گيرد.لذا دليلي براي ترس مردم در استفاده روزمره از نوار چسبها وجود ندارد.

اين نوع آزادسازي انرژي triboluminescence نام داشته و به صورت تابش نور مشاهده مي شود.

اين پديده زماني روي مي دهد كه يك جامد(غالبا يك كريستال-بلور) شكسته شده يا ماليده شده يا خراشيده شود. اين يك پديده رازآلود است كه از زمانهاي قديم مكرر مشاهده شده است.فرانسيس بيكنFrancis Bacon در سال 1605 ميلادي آن را مشاهده كرده بود.او گزارش كرده است كه خراشيدن يك تكه بلور شكر باعث ساطع شدن نور از آن شده است.

توضيح اين پديده بدين صورت است كه وقتي يك تكه كريستال خرد مي شود اين عمل باعث مي شود تا بارهاي الكتريكي مخالف و غير همنام از يكديگر جدا شده و فاصله بگيرند.سپس تخليه الكتريكي ايجاد شده و اين آزادسازي انرژي بصورت بارقه اي از نور نمايان مي شود.

Escobar اضافه ميكند:

از مدتها قبل حدود سال ۱۹۵۳ ميلادي گروهي از دانشمندان روسي اظهار كرده بودند كه كندن نوار چسب مي تواند اشعه X توليد كند.ولي ما در باره نتايج آزمايشهاي قديمي آنها بسيار بد بين بوديم.تيم ما تصميم گرفت تا اين آزمايشات را با دقت بيشتري نجام دهد. و با كمال تعجب مشاهده نموديم كه در اين آزمايش اشعه X به شكل پالسهاي پر انرژي آزاد مي شود.

وقتي اين پژوهشگران يك دريچه پلاستيكي را بروي مخزن ايجاد خلاء خود تعبيه كردند موفق شدند با استفاده از يك آشكارساز معمولي اشعه X دندانپزشكي از استخوان انگشت عكسبرداري كنند.نتايج آزمايش آنها در آخرين شماره مجله علمي Nature به چاپ رسيده است.

Escobar اضافه ميكند:

از ميان تخليه هاي الكتريكي كه انجام مي شود فقط يك در ده هزار آنها توليد اشعه X ميكند.انرژي هر تك پالس اشعه X در مدت زماني معادل چند نانو ثانيه حدود ۱۵ كيلو الكترون ولت است.

تصوير گرفته شده از استخوان انگشت با استفاده از نوار چسب

انرژي اشعه Xمسقيما به مقدار بار الكتريكي بستگي دارد كه در لحظه كندن نوار چسب در سطح آنتوليد مي شود.دانشمندان محاسبه نمودهاند كه مقدار اين بار الكتريكي ده ها بار بزرگتر از آن چيزي است كه در آزمايشهاي معمولي ديده مي شود.

Escobar مي گويد:"ما دقيقا نمي دانيم چرا نوار چسب تا اين حد بسيار زياد باردار است."

ماشين اشعه X نوارچسبي ساير دانشمندان را نيز گيج كرده است.

Ken Suslick متخصص در mechanoluminescence از دانشگاه الينويز در Urbana-Champaign مي گويد:" ما اصلا فكر نميكرديم كه اكثر انرژي مكانيكي قابليت اين را داشته باشد كه به صورت اشعه X آزاد شود.چسب استفاده شده در نوار چسبها يك مايع غير متبلور است نه يك كريستال.دقيقا چه چيزي باعث انقال بار الكتريكي شده است؟گروه هاي دهنده و گيرنده بار الكتريكي در اين آزمايش كدامند؟"

اين مسئله هنوز دقيقا واضح نيست.

پژوهشگران حدس مي زنند كه چگالي بالاي بار الكتريكي توليد شده در اين آزمايش به ميزان كافي زياد باشد كه يك واكنش همجوشي هسته اي را استارت بزند.

البته Michael Loughlin دانشمند علوم هستهاي آزمايشگاه بين المللي همجوشي هسته اي ITERدر Cadarache فرانسه به اين مسئله به ديده ترديد مي نگرد.ولي با وجود اين اضافه مي كند كه اگر او اشتباه كرده باشد و اين مورد امكان پذير باشد.چنين سيستمي كه قادر به استارت سريع يك همجوشي هسته اي باشد بسيار مفيد فايده خواهد بود.

در حال حاضر Ken Suslick تمايل دارد كه سيستمهاي mechanoluminescence را كه در آزمايشگاه خود به روي آنها كار كرده است را مجددا مورد برسي قرار دهد.در اين حينEscobar و همكارانش قصد دارند تا آزمايش خود را با ساير انواع چسبها انجام دهند و اثرات مشابه احتمالي را بررسي كنند.

ولي مهمترين چالش پيش روي آنها اين است كه در يابند.اين پديده حقيقتا به چه دليلي روي مي دهد؟

Escobar مي گويد : "كه اين مسئله در راس اولويتهاي آنها قرار دارد."

همان طور كه مسير فوتون‌هاي نوري به وسيله يك آيينه قابل جهت دادن هستند، اتم‌هايي كه داراي يك لحظه مغناطيسي هستند، با استفاده از يك آيينه مغناطيسي قابل كنترل خواهند بود.

به گزارش (ايسنا)، در تحقيقي كه در مجله فيزيك كاربردي به چاپ رسيده، امكان استفاده از ديوارهاي دامنه مغناطيسي براي راستا دادن و در نهايت به دام انداختن تك تك اتم‌ها در ابري از اتم هاي فوق‌العاده سرد مورد ارزيابي و آزمايش قرار گرفته است.

توماس هي وارد ــ محقق دانشگاه شفيلد انگليس - در اين تحقيق خاطرنشان كرد: ما در جست‌وجوي روشي براي ايجاد سيستم‌هاي مغناطيسي هستيم كه بتوانند اتم‌ها را دستكاري كنند و با استفاده از مواد فرومغناطيسي در ابعاد نانو مثل نانوآيينه‌ها مي توانيم ويژگي‌هاي مواد و راستاي اتم ها را تغيير داده و اصلاح كنيم.

در همين راستا محققان طراحي، ساخت و ويژگي‌هاي آيينه اي را تشريح كرده‌اند كه با ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط ديوارهاي دامنه اي درون مجموعه‌اي از نانو سيم‌هاي مغناطيسي، شكل مي‌گيرد.

مرحله بعدي انداختن ابري از اتم هاي فوق‌العاده سرد روي اين آيينه است، به طوري كه بتوان نوسان آنها را مشاهده كرد.

كاربرد اين نانوآيينه در فن‌آوري‌ فيزيك كوآنتوم قابل ملاحظه خواهد بود.

http://oonieknafar.blogfa.com

اشعه کاتدی چیست؟

يان از اين قرار است كه در ساختار بلور فلزّات، به ازاي هر اتم يك يا چند الكترون آزاد وجود دارد كه تقريباً در همه‌ي نمونه‌ي فلزّي كه مي‌بينيم مي‌تواند آزادانه حركت كند. ميزان انرژي لازم براي اين كه بشود اين الكترونها را از فلز خارج كرد كم است و البتّه براي فلزّات مختلف متفاوت است. امّا به طور كلّي اگر شما يك قطعه فلز را داغ كنيد، ميلياردها الكترون به راحتي انرژي لازم براي فرار كردن از ساختار بلوري فلز را به دست مي‌آورند و از سطح آن جدا مي‌شوند. فلزّاتي كه انرژي لازم براي جدا كردن الكترون از آنها كمتر است، غالباً براي ساخت كاتد به كار مي‌روند و جرياني كه با گرم كردن آنها (كاتد گرم) يا انرژي دادن به آنها به روشهاي ديگر (كاتد سرد) به دست مي‌آيد، جريان يا اشعه‌ي كاتدي نام دارد. اگر الآن اين نوشته‌ها را روي يك مانيتور CRT مي‌خوانيد، در پشت صفحه‌ي مانيتور و دقيقاً روبه‌روي شما يك تفنگ الكتروني قرار دارد كه الكترونها مورد نيازش را از طريق يك قطعه فلزّ كاتد فراهم مي‌كند و بعد از جهت‌دهي آنها را به سمت صفحه مي‌فرستد.

اشعه كاتدي: ذرات الكتروني پر انرژي هستند كه از كاتد حرارت ديده ساطع ميشوند.

از اشعه هاي يون زا براي استريل كردن وسائل و بسته هاي پلاستيكي مثل سرنگ ها و بوات هاي يكبار مصرف استفاده ميشود.

شناخت اشعه کاتدي

طي آزمايشاتي كه بر روي الكتروليز توسط فاراده Faraday انجام شد وي دو قانون معروف خود را به شرح زير در سال ۱۸۳۰ ميلادي منتشر نمود:

۱- در الكتروليز مقدار عنصر آزاد شده متناسب با مقدار جريان الكتريسته است.به عنوان مثال اگر ۱ فاراد يا ۹۶۵۰۰ كولن الكتريسته را ازمحلول نمك حاوي يون تك ظرفيتي جيوه عبور دهيم، ۱ مول اتم جيوه و اگر از محلول نمك حاوي يون دو ظرفيتي عبور دهيم ۰.۵ مول اتم جيوه ته نشين مي شود. پس بسته هايي از الكتريسته وجود دارد كه يك بسته از آن ها به سمت فلز تك ظرفيتي و دو بسته به سمت فلز دو ظرفيتي حركت مي كنند.

۲- هرگاه مقدار يكسان جريان الكتريسيته را از سه ظرف بگذرانيم كه حاوي نمك ها با ظرفيت هاي متفاوت هستند، يعني در ظرف اول نمك يك ظرفيتي، در ظرف دوم نمك دو ظرفيتي و در ظرف سوم نمك سه ظرفيتي داشته باشيم. رسوبهاي فلز حاصل از عبور جريان الكتريسيته از ظروف متناسب با جرم اتمي فلز تقسيم بر ظرفيت عناصر آن مي باشد.

نتيجه: هر اتم مقداري ثابت بار مي گيرد. اتم يك ظرفيتي يك بسته، اتم دو ظرفيتي دو بسته و اتم سه ظرفيتي سه بسته بار مي تواند حمل نمايد.و هرگز جزء كسري از بار الكتريكي مانند ۱.۲۳ را به خود نمي گيرند. اين بسته براي تمام اتمها يكسان است، يعني الكتريسته از بسته ها يا ذرات كوچكي تشكيل شده اند. كه آنها را الكترون مي گوييم

بعد از آزمايش الكتروليز بر روي مايعات و جامدات نوبت به الكتروليز گازها رسيد كه در الكتروليز گازها نتايج زير به دست آمد:

۱- ولتاژ معمولي از گازها عبور نمي كند.

۲- در ولتاژهاي بالا چنانچه فاصله دو الكترود زياد باشد جريان الكتريسيته عبور نمي كند.

۳- در فشار معمولي به ازاي هر سانتيمتر فاصله الكترودها به ۳۰۰۰۰ ولت اختلاف پتانسيل نيازمنديم.

در جريان اين آزمايش ها دانشمندان مجبور به ساختن لوله هايي از جنس شيشه شدند تا بتوانند فشار داخل آن را كاهش داده و به بررسي هاي مختلف بپردازند. بعد از ساخت اين لوله ها دانشمندان به نتايج زير دست يافتند:

۱- در فشار 0.1 اتمسفر اگر ولتاژ ۱۰۰۰۰ ولت برقرار شود، گاز درون لوله ملتهب شده و به رنگ هاي گوناگون پرتو افشاني مي نمايد. به عنوان مثال نئون رنگ قرمز، هوا رنگ صورتي ملايم، بخار سديم رنگ زرد و بخار جيوه رنگ آبي مايل به سبز را ايجاد مي نمايد.

۲- در فشار کمتر از 0.0001 اتمسفر و ولتاژ بالاي ۱۰۰۰۰ ولت جداره شيشه ملتهب شده و نور سبز مغز پسته از خود منتشر مي نمايد.

۳- با کم کردن فشار تا 0.000001 اتمسفر روشنايي از بين رفته و نوعي درخشندگي يا تابش مهتابي در ديواره لوله ايجاد مي شود که در حضور صفحات فلوئور به طور کامل قابل مشاهده است.

اين اشعه که توسط ويليام كروكس William Crookes كشف گرديد به اشعه کاتدي معروف شد. اشعه كاتدي نيز به نوبه خود مورد مطالعه قرار گرفته و ويژگي هاي يكي پس از ديگري كشف گرديد. به آزمايش هاي زير و نتايج به دست آمده از آنها توجه كنيد:

۱- براي اينكه ماهيت اين اشعه هرچه بيشتر براي ما روشن گردد يك مانع بين دو الكترود در لوله قرار مي دهيم.

همانطور كه مشاهده مي شود ، در سمت آند سايه اي تشكيل مي شود و اين بدان معناست كه اشعه از كاتد خارج شده و به سمت آند حركت مي كند. همچنين مي توان نتيجه گرفت كه اين اشعه به خط مستقيم سير مي كند.

۲- جابجايي کاتد در لوله تأثيري در جهت اشعه نداشته و اشعه به خط مستقيم سير مي نمايد.۳- جنس كاتد را تغيير مي دهيم ولي در اشعه هيچ تغييري مشاهداه نمي شود. بنابراين ماهيت اشعه به جنس كاتد بستگي ندارد و تمام فلزات توان توليد اين اشعه را دارند.

۴- جنس گاز داخل لوله را تغيير مي دهيم ولي باز در ماهيت اشعه تغييري مشاهده نمي شود. بنابراين ماهيت اشعه به جنس گاز داخل لوله بستگي ندارد.

۵- يك فرفره پره دار را در مسير اشعه قرار مي دهيم.

مشاهده مي شود كه مدتي پس از شروع به كار دستگاه فرفره شروع به حركت مي نمايد. اين مطلب نشان دهنده آن است كه اشعه كاتدي حامل ذراتي است كه داراي انرژي هستند. اين ذرات پس از برخورد با پره هاي فرفره انرژي خود را به پره ها مي دهند به همين دليل پره ها گرم شده و باعث گرم شدن گاز اطراف خود مي شوند. گاز گرم شده درون لوله توسط جريان همرفتي به حركت درآمده و باعث چرخش فرفره مي گردد.

۶- يك ميدان الكتريكي قوي را از خارج لوله بر اشعه اثر مي دهيم.

همانطور كه مشاهده مي شود، اشعه در ميدان الكتريكي به سمت قطب مثبت منحرف مي شود. يعني اينكه داراي بار منفي است.

۷- از خارج از لوله يك ميدان مغناطيسي را بر اشعه اثر مي دهيم.

اشعه در راستاي عمود بر ميدان در جهتي منحرف مي شود كه از بار ذرات داراي بار منفي انتظار مي رود. بنابراين اشعه از جنس ذرات باردارمي باشد.

بنابراين با توجه به آزمايشات فوق داريم:

۱- اشعه کاتدي از ذراتي که داراي بار منفي هستند تشکيل شده است. اين ذرات را در سال ۱۸۷۴ الکترين ناميدند که در سال ۱۸۹۱ بعد از آزمايشات فوق اين نام به الکترون تغييريافت.

۲- اين اشعه به نوع فلز کاتد يا گاز داخل لوله بشتگي نداردُ بنابراين تمام مواد داراي الکترون هستند.

بعدها از اشعه کاتدي در ساخت تلويزيون ها و مانيتورها استفاده شد، ساخت اين تجهيزات شايد بدون اشعه كاتدي ميسر نمي شد. به صفحه نمايش مانيتورها و تلويزيون هايي با استفاده از اشعه كاتدي تصوير را ايجاد مي نمايند بطور اختصاري CRT گفته مي شود كه مخفف Cathode Ray Tube مي باشد. در شكل نحوه عملكرد اين نمايشگرها را مي بينيد.

با توجه به اينکه آزمايشات فوق نشان دهنده وجود ذره اي کوچکتر از اتم با بار منفي هستند، بنابراين نظريه اتمي دالتون به چالش بزرگي كشانده شده است، اما در علم براي اثبات وجود يك ذره بايد مختصات آن ذره يعني جرم و مقدار بار آن تعيين گردد.

ميكروسكوپ TEM چيست ؟

اساس عملکرد میکروسکوپ انتقال الکترونی (Transmission Electron Microscope) که به اختصار به آن TEM گویند مشابه میکروسکوپ های نوری است با این تفاوت که به جای پرتوی نور در آن از پرتوی الکترون استفاده می شود. آنچه که می توان با کمک میکروسکوپ نوری مشاهده کرده بسیار محدود است در حالی که با استفاده از الکترونها به جای نور، این محدودیت از بین می‌رود. وضوح تصویر در TEM هزار برابر بیشتر از یک میکروسکوپ نوری است...

[ فيزيك نور و اپتيك ]

ميكروسكوپ TEM چيست ؟

اساس عملكرد ميكروسكوپ انتقال الكتروني (Transmission Electron Microscope) كه به اختصار به آن TEM گويند مشابه ميكروسكوپ هاي نوري است با اين تفاوت كه به جاي پرتوي نور در آن از پرتوي الكترون استفاده مي شود. آنچه كه مي توان با كمك ميكروسكوپ نوري مشاهده كرده بسيار محدود است در حالي كه با استفاده از الكترونها به جاي نور، اين محدوديت از بين مي‌رود. وضوح تصوير در TEM هزار برابر بيشتر از يك ميكروسكوپ نوري است.

با استفاده از TEM مي توان جسمي به اندازه چند انگستروم (10-10 متر) را مشاهده كرد. براي مثال مي‌توانيد اجزاي موجود در يك سلول يا مواد مختلف در ابعادي نزديك به اتم را مشاهده كنيد. براي بزرگنمايي، TEM ابزار مناسبي است كه هم در تحقيقات پزشكي، بيولوژيكي و هم در تحقيقات مرتبط با مواد قابل استفاده است.

در واقع TEM نوعي پروژكتور نمايش اسلايد در مقياس نانو است كه در آن پرتويي از الكترون ها از تصوير عبور داده مي شود. الكترون هايي كه از جسم عبور مي كنند به پرده فسفرسانس برخورد كرده سبب ايجاد تصوير از جسم بر روي پرده مي شوند. قسمت هاي تاريك تر بيانگر اين امر هستند كه الكترون هاي كمتري از اين قسمت جسم عبور كرده اند( اين بخش از نمونه چگالي بيشتري دارد) و نواحي روشن تر مكانهايي هستند كه الكترون از آنها عبور كرده است (بخش هاي كم چگال تر).

وضوح اين ميكروسكوپ 2/0 نانومتر است كه در حد اتم است (بيشتر اتم ها ابعادي تقريبا برابر 2/0 نانومتر دارند). با اين نوع ميكروسكوپ حتي مي توان نحوه قرار گرفتن اتمها در يك ماده را بررسي كرد.

استفاده از اين ميكروسكوپ گران و وقت گير است چرا كه نمونه بايد در ابتدا به شيوه اي خاص آماده شود لذا تنها در مواردي خاص از ميكروسكوپ انتقال الكتروني استفاده نمايند. از اين ميكروسكوپ جهت تحليل و آناليز ريخت شناسي، ساختار كريستالي( نحوه قرارگيري اتمها در شبكه كريستالي) و تركيب نمونه ها استفاده مي شود.

عملكرد ميكروسكوپ:

با كمك يك منبع نور در بالاي ميكروسكوپ ، الكترون ها گسيل و منتشر مي شوند. الكترون ها از تيوب خلاء ميكروسكوپ عبور مي كنند. در ميكروسكوپ هاي نوري از عدسي هاي شيشه اي براي متمركز كردن نور استفاده مي شود در حالي كه در TEM از عدسي هاي الكترومغناطيسي استفاده مي شود تا الكترون هاي را جمع و متمركز ساخته به صورت يك پرتوي باريك گسيل نمايد. اين پرتوي الكتروني از نمونه عبور داده مي شود. بسته به چگالي مواد، الكترون ها ممكن است از بخش هايي از جسم بگذرند و به صفحه فلورسانس برخورد نمايند و تصوير سايه مانندي از نمونه ايجاد كنند كه ميزان تيرگي بخش هاي مختلف جسم به چگالي مواد در ان بخش ها وابسته است. هر چه جسم كم چگال تر باشد تصوير تيره تر خواهد بود. اين تصوير مي توان مستقيما توسط اوپراتور مطالعه شود و يا با كمك يك دوربين تصوير برداري شود.

www.hupaa.com

نور و آينه ها

نور صورتي از انرژي تابشي است كه با سرعت 300000 كيلومتر بر ثانيه درفضا سير مي كند.

فرايند نور:
1- موجب ديدن اجسام مي شود.
2- موجب عمل غذاسازي گياهان مي شود.
3- باعث كاركردن كليه وسايل نوري مي شود.

4- موجب تغيير رنگ لباس و پارچه مي شود.

براي آنكه جسمي ديده شود، بايد از آن جسم نور به چشم برسد، بنابر اين جسم يا بايد از خودش نور تابش كند و يا نورهايي را كه برآن تابيده شده است، به طرف چشم بيننده بازتاب دهد.
به همين دليل اجسام به دو دسته تقسيم مي شوند.
1- اجسام منير يا چشمه ي نور: اجسامي كه از خود نور توليد مي كنند. مانند خورشيد، لامپ روشن، شمع روشن، چوب در حال سوختن
2- اجسام غير منير: اين اجسام از خود نوري تابش نمي كنند، بلكه نوري را كه از چشمه هاي نور به آن ها تابيده است به طرف چشم، باز مي گردانند، در نتيجه ما مي توانيم آن ها را ببينيم.

انواع چشمه ي نور:
1- چشمه ي گسترده نور: يك شي نوراني نظير خورشيد، چراغ روشن، شعله ي شمع را چشمه ي نور گسترده مي ناميم.

2- چشمه نور نقطه اي: اگر صفحه اي از مقوا را كه روي آن روزنه ي كوچكي ايجاد شده است، درمقابل چراغ روشني قراردهيم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر مي شود و روزنه مانند يك چشمه نور كوچك عمل مي كند كه به آن چشمه ي نقطه اي نور مي گويند.

تقسيم بندي اجسام غير منير از نظر عبور نور از آنها:
1- اجسام شفاف : اجسامي كه نور از آن ها عبور مي كند مانند شيشه – هوا – آب

2- اجسام نيمه شفاف : اجسامي كه نور از آن ها عبور مي كند ولي از پشت آن ها اجسام ديگر به طور واضح ديده نمي شوند. مانند شيشه هاي مات – كاغذ كالك
3- اجسام كدر اجسامي كه نور از آن ها عبور نمي كند.مانند آجر-مقوا-چوب و ....

نور به خط راست منتشر مي شود.
چند دليل مهم براي اثبات اين موضوع:
1- عبور نور از لابه لاي شاخ و برگ درختان
2- تشكيل سايه
3- خورشيد گرفتگي
4- ماه گرفتگي

سايه چگونه تشكيل مي شود؟ اگر جسم كدري در مقابل منبع نوري قرار گيرد در پشت جسم محوطه ي تاريكي بوجود مي آيد كه به آن سايه مي گويند.

راههاي تشكيل سايه :
1- تشكيل سايه به وسيله چشمه ي نقطه اي نور: در اين حالت فقط سايه كامل ايجاد مي شود و مرز مشخصي بين تاريكي و روشنايي وجود دارد.
نكته: قطر سايه به فاصله ي چشمه ي نور تا جسم كدر و پرده بستگي دارد.
نكته: هر گاه چشمه ي نور به جسم كدر نزديك شود قطر سايه بزرگتر مي شود و هرگاه چشمه ي نور را از جسم كدر دور كنيم قطر سايه كوچك تر مي شود.

2- تشكيل سايه به وسيله چشمه ي گسترده نور: در اين حالت علاوه بر سايه كامل، نيم سايه نيز ديده مي شود.
- خورشيد گرفتگي (كسوف): هر گاه در چرخش ماه به دور زمين و هر دو به دور خورشيد، مركز آن سه (ماه،زمين،خورشيد) روي يك خط راست واقع شود به طوري كه ماه در وسط باشد، ماه جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي زمين مي افتد در نتيجه كساني كه در سايه ي ماه قرار دارند خورشيد را تاريك مي بينند. در اين صورت مي گوييم، خورشيد گرفتگي رخ داده است.
- ماه گرفتگي: اگر زمين بين ماه و خورشيد قرار گيرد، زمين جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي ماه مي افتد و آن را تاريك مي كند. در اين صورت مي گوييم ماه گرفتگي رخ داده است.

بازتاب نور : برگشت نور از سطح يك جسم را بازتاب مي گويند.
انواع بازتاب نور:
1- بازتاب منظم: اين بازتابش در سطوح بسيار صاف صورت مي گيرد. در اين صورت پرتوهاي نور به طور موازي به سطح تابيده و به طور موازي در يك جهت بازتاب مي شوند. در اين نوع بازتاب همواره تصويري واضح و روشن ايجاد مي شود. مانند آينه

2- بازتاب نامنظم: هرگاه يك دسته پرتو موازي نور به سطح ناهمواري برخورد كند به صورت پرتوهاي غير موازي و در جهات متفاوت بازتاب مي شوند. دراين نوع بازتابش تصوير اشياء مبهم و نامشخص است.

اصل انعكاس: در بازتاب نور از سطح يك جسم، همواره زاويه تابش و بازتاب برابرند.

نكته 1: پرتو تابش: پرتو نوري كه به سطح مي تابد.(I)
نكته2: پرتو بازتابش: پرتو بازگشته از سطح را مي گويند.(R)
نكته3: زاويه تابش: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود را مي گويند.(i)
نكته4: زاويه بازتابش: زاويه بين پرتو بازتاب و خط عمود را گويند.(r)
نكته5: زاويه آلفا α : زاويه بين پرتو تابش و سطح آينه را گويند.
نكته6: زاويه بتا α : زوايه بين پرتو بازتاب و سطح آينه را گويند.
نكته7: زاويه تابش متمم زاويه α است.
نكته8: زاويه باز تابش متمم زاويه β است.

انواع دسته اشعه (پرتو) نوراني:
1- دسته پرتو موازي: اين پرتوها همانطور كه از اسمشان پيدا است با هم موازي هستند.

2- دسته پرتو همگرا: پرتوهايي هستند كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار به هم نزديك مي شوند و در يك نقطه به هم مي رسند.

3- دسته پرتو واگرا: پرتوهايي كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار از هم دور مي شوند.

پرتوهاي حقيقي:
پرتوهاي تابش و بازتابش كه به چشم مي رسند را پرتوهاي حقيقي مي گويند.
پرتوهاي مجازي:
امتداد پرتوهاي واگرايي كه از سطح آينه بازتاب مي شوند(در پشت آينه) پرتوهاي مجازي گفته مي شود.
تصوير حقيقي:
زماني تشكيل مي شود كه پرتوهاي تابش شده از يك نقطه شي پس از برخورد به آينه يا عدسي در نقطه اي ديگر به هم برسند. تصوير حقيقي بر روي پرده تشكيل مي شود.

تصوير مجازي:
تصويري كه پرتوهاي مجازي در پشت آينه به وجود مي آورند را مي گويند.تصوير مجازي بر روي پرده تشكيل نمي شود.

آينه:
قطعات شيشه اي كه پشت آنها نقره اندود يا جيوه اندود شده است و مي توانند نور را بازتاب دهند بازتاب از سطح آينه منظم است.

ويژگي هاي تصوير در آينه تخت
1- تصوير مجازي
2- تصوير مستقيم
3- تصوير برگردان(وارون جانبي)
4- طول تصوير با طول جسم برابر است.
5- فاصله تصوير تا آينه با فاصله ي جسم تا آينه برابر است.

كاربرد آينه ي تخت:
1- استفاده از تصوير مستقيم آن در خانه و وسايل نقليه
2- استفاده از آينه براي ارسال علايم مخابراتي به فاصله دور
3- استفاده از آينه ي تخت براي اندازه گيري سرعت نور و وسايل نور بازتابي (تلسكوپ بازتابي)
4- پريسكوپ: اين دستگاه از لوله اي تشكيل شده كه در دو طرف آن دو آينه ي تخت موازي نصب شده كه هر يك از اين آينه ها با محور آينه زوايه 45 درجه مي سازد. هر تصويري كه در يكي از اين آينه ها ديده مي شود در ديگري نيز مشاهده مي شود.

انتقال آينه ي تخت:
هرگاه جسمي در برابر آينه ي تختي قرار گيرد، تصوير مجازي آن در آينه ديده مي شود. چنانچه آينه به اندازه d جابه جا شود. تصوير به اندازه 2d نسبت به جسم جابه جا مي شود.

اگر آينه ثابت باشد و جسم به اندازه d نسبت به آينه جا به جا شود تصوير نسبت به جسم به اندازه d جا به جا مي شود.
سرعت انتقال تصوير:
سرعت انتقال تصوير در آينه ي تخت در حالتي كه آينه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستاي عمود بر سطح آينه حركت كند، نسبت به مكان اوليه اش برابر V است.
در حالي كه جسم ساكن باشد و آينه در راستاي عمود بر سطح آينه با سرعت V حركت كند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 2V خواهد بود.
در حالي كه جسم و آينه هر يك با سرعت V به طرف هم حركت كنند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 3Vخواهد بود.
تصوير در آينه هاي متقاطع:
هر گاه جسم روشني در فضاي بين دو آينه ي متقاطع قرار گيرد پرتوهايي از جسم به هر يك از دو آينه مي تابد و دو تصوير مجازي به وجود مي آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش هاي متوالي به آينه برخورد كنند تصويرهاي ديگري نمايان مي شود. هر چه زاويه بين دوآينه α كوچكتر باشد تعداد اين تصويرها بيش تر است.

نكته: در حالتي كه دو آينه موازي باشند 0=α تعداد تصاوير بي نهايت زياد است.

آينه هاي كروي:
الف) آينه مقعر(كاو): اگر سطح داخلي آينه بازتاب كننده باشد، به آن آينه كاو مي گويند.
نكته 1: اگر يك دسته پرتو نور موازي به آينه كاو بتابد پرتوهاي بازتابيده در يك نقطه به نام كانون حقيقي به هم مي رسند.
كانون با حرف F نمايش داده مي شود.
به فاصله كانون تا آينه، فاصله كانوني مي گويند و با حرف f نمايش مي دهند.

نكته2: آينه هاي كاو مي توانند از يك جسم هم تصوير مجازي و هم تصوير حقيقي ايجاد كنند.
تشكيل تصوير حقيقي يا مجازي، بستگي به فاصله جسم از آينه هاي كاو دارد. هر چه جسم به آينه نزديك تر باشد، تصوير در فاصله اي دورتر ايجاد مي شود و هرچه جسم را از آينه دور كنيم تصوير به آينه نزديك تر مي شود.

ب) آينه ي كوژ: اگر سطح خارجي آينه بازتاب كننده باشد، آن را آينه ي كوژ مي گويند.
نكته1: هرگاه پرتوهاي نور موازي محور اصلي به آينه محدب بتابد، طوري باز مي تابد كه امتداد پرتوهاي بازتاب از يك نقطه روي محور اصلي مي گذرند. اين نقطه را كانون اصلي آينه ي محدب مي نامند. كانون آينه محدب مجازي است.

نكته 2: تصوير در آينه ي محدب همواره مجازي، كوچك تر از جسم و مستقيم خواهد بود.

شكست نور:
وقتي نور به جسمي مي تابد، مقداري از آن نور بازتاب مي شود، مقداري نيز از جسم عبور مي كند،
اما جسم هاي شفاف مانند هوا، آب، شيشه، طلق هاي پلاستيكي شفاف نور را به خوبي از خود عبور مي دهند.

نور در يك محيط معين در مسير مستقيم حركت مي كند.
اگر در مسير نور يك قطعه جسم شفاف عمود در مسير نور قرار گيرد، مسير نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقيم خواهد بود.

اما اگر نور در مسير خود، با زوايه اي ديگر به يك جسم شفاف (مثلا شيشه) برخورد كند، هنگام ورود به شيشه مسير حركتش مقداري كج مي شود. به اين پديده شكست نور مي گويند.

نور در يك محيط معين، به صورت مستقيم و با سرعت ثابت حركت مي كند، هرگاه محيط تغيير كند، سرعت نور نيز تغيير كرده و نور منحرف مي شود و در مسير جديد به خط راست حركت مي كند.
تغيير مسير پرتو نور به هنگام عبور از يك محيط شفاف به محيط شفاف ديگر را شكست نور مي گويند.
زاويه تابش: زاويه اي بين پرتو تابش و خط عمود (i)
زاويه شكست: زاويه اي بين پرتو شكست و خط عمود (r)
رابطه ي زاويه تابش و زاويه ي شكست:
1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترك بين دو محيط باشد،(يعني زاويه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در اين صورت نور بدون شكست وارد محيط دوم شده و منحرف نمي شود.

2- اگر پرتو تابش از محيط رقيق وارد محيط غليظ شود در اين حالت پرتو شكست به خط عمود نزديك مي شود يعني زاويه شكست از زاويه ي تابش كوچك تر مي شود.

3- اگر پرتو تابش از محيط غليظ وارد محيط رقيق شود، در اين حالت پرتو شكست از خط عمود دورتر مي شود و زاويه ي شكست از زاويه ي تابش بزرگ تر مي شود.

علت شكست نور:
علت شكست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محيط هاي مختلف است. سرعت نور در خلا يا هوا در حدود است اما وقتيكه وارد آب مي شود، سرعت آن به حدود كيلومتر بر ثانيه مي رسد. سرعت نور در شيشه(كه غليظ تر از آب است) كم تر و در حدود است. اين تفاوت سرعت نور سبب مي شود كه راستاي پرتوهاي نور هنگام عبور از يك محيط به محيط ديگر، شكسته شود و پديده شكست نور اتفاق بيفتد.

عمق ظاهري، عمق واقعي:
هنگامي كه از هوا به جسمي در داخل آب نگاه كنيم آن جسم به سطح آب نزديكتر و وقتي از داخل آب به جسمي در هوا نگاه كنيم، دورتر به نظر مي رسد. وقتي نور به طور مايل از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگر مي شود، در مرز مشترك دو محيط، تغيير مي دهد(شكسته مي شود) همين عامل سبب بالاتر ديده شدن جسم نسبت به سطح واقعي گردد.

منشور:
قطعه اي مثلثي شكل است كه از يك ماده شفاف مثل شيشه يا پلاستيك هاي بي رنگ ساخته مي شود. وقتي پرتوهاي نور به يكي از ديواره هاي منشور برخورد مي كند و به آن وارد مي شود، در اثر پديده ي شكست مسيرش تغيير مي كند. اين پرتو هنگام خروج از ديواره ي ديگر منشور نيز، دچار تغيير مي شود.

آزمايش نيوتن:
هرگاه شعاع نور سفيدي بر يك وجه منشور شيشه اي كه قاعده ي آن به شكل مثلث است بتابانيم، نور سفيد تجزيه شده و پرتوهاي خروجي از منشور بر روي پرده طيف رنگيني از هفت رنگ قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي، نيلي و بنفش را تشكيل مي دهد. علت اين پديده آن است كه ميزان شكست نورهاي رنگي مختلف، با هم يكسان نيست. هرگاه نور سفيد وارد منشور شود، تغيير مسير رنگ هاي تشكيل دهنده ي نور سفيد از قرمز تا بنفش بيش تر شده و به هنگام خروج از منشور رنگ هاي مختلف نور سفيد از يكديگر جدا مي شوند.
جداسازي رنگ هاي نور سفيد به وسيله ي منشور را پاشيدگي نور (پاشيده شدن) مي گويند.

به مجموعه نورهاي رنگي كه از پاشيده شدن نور در منشور به وجود مي آيد طيف نور گفته مي شود.
عدسي ها:
اگر دو منشور را مطابق شكل هاي مقابل به هم بچسبانيم و سطح آن ها را به صورت خميده تراش دهيم، عدسي به وجود مي آيد.

عدسي ها مانند منشور مي تواند جهت پرتوهاي نور را تغيير دهد، همين امر سبب مي شود اجسام از پشت عدسي به صورتهاي مختلف ديده شوند.

انواع عدسي:
1- عدسي همگرا(محدب يا كوژ) ضخامت وسط اين عدسي بيش تر از ضخامت كناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شكسته و در يك نقطه متمركز مي كند يا به عبارت ديگر پرتوهاي نور را به يكديگر نزديك مي كند.
2- عدسي واگرا (مقعر يا كاو) ضخامت وسط اين عدسي كم تر از ضخامت كناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شكسته و آنها را واگرا مي نمايد به عبارت ديگر پرتوهاي نور را از يكديگر دور مي كند.

عدسي همگرا:

اين نقطه كانون عدسي(ذره بين)است. اگر فاصله ي بين عدسي تا صفحه ي كاغذ را اندازه بگيريد، اين فاصله را فاصله كانوني عدسي گويند.
هرگاه يك دسته پرتو نور موازي با محور اصلي به عدسي همگرا بتابد پس از عبور از عدسي شكسته شده و پرتوها در يك نقطه يكديگر را قطع مي كنند. اين نقطه كانون اصلي عدسي بوده و با F نمايش داده مي شود.

فاصله ي بين كانون و مركز نوري عدسي را فاصله ي كانوني عدسي مي گويند و با علامت (f) نمايش مي دهند.
نكته: عدسي هاي همگرا هم تصوير حقيقي و هم تصوير مجازي ايجاد مي كنند.
ويژگي هاي تصوير در عدسي همگرا بستگي به فاصله شي از عدسي و فاصله ي كانوني دارد.
عدسي واگرا:
هر گاه پرتوهايي موازي محور اصلي به عدسي واگرا بتابد پس از شكست و عبور از عدسي طوري از هم دور مي شوند كه امتداد آن ها از يك نقطه روي محور اصلي بگذرند. اين نقطه را كانون عدسي واگرا مي نامند.
نكته: عدسي ها واگرا همواره تصويري مجازي، مستقيم، كوچك تر از جسم و نزديك تر(در همان طرف شي) ايجاد مي كند.

پژوهشگران در روشي ساده‌تر از روش تغييرات حرارتي، توانستند با تاباندن پرتوهاي رنگي نور به محلول نقره، نانوذرات نقره را به شكل ميله، مثلث، 6ضلعي، 12ضلعي و دايره درآورند و ذرات يك‌دست‌تري بدست آورند.

چه تعداد شيمي‌دان لازم است تا رنگ لامپ ال.اي.دي را تغيير بدهيم ؟دو نفر! اما دو نفر از همين شيمي‌دان‌ها نشان داده‌اند كه مي‌توان با انتخاب رنگ، شكل نانوذرات محلول نقره را تغيير داد.

به گزارش نيوساينتيست، كوين استمپلكوسكي و جوآن اسكايانو از دانشگاه اوتاوا واقع در كانادا توانسته‌اند با تاباندن نورهاي سبز، قرمز، نارنجي، بنفش و آبي به محلول يون نقره، ذرات نقره را به ترتيب به شكل‌هاي شش ضلعي، ميله‌اي، مثلثي، كروي يا دوازده وجهي درآورند.

انتخاب شكل نانوذرات بسيار مهم است، زيرا به اين وسيله مي‌توان خصوصيات آنها را تغيير داد. براي مثال نانوذرات نقره براي ساخت پارچه‌هاي ضد باكتري به كار مي‌رود و ذرات مثلثي شكل، كشنده‌ترين نوع را تشكيل مي‌دهند.

تغيير شكل ساده
استمپلكوسكي و اسكايانو از محلول نيترات نقره با دو ماده افزودني استفاده كردند. يكي از آنها شكل‌دهي ذره را آغاز مي‌كند، در حالي‌كه ديگري از بزرگ‌شدن بيش از حد آنها جلوگيري مي‌كند.

اين ذرات با استفاده از نور فرابنفش به وجود مي‌آيند كه باعث مي‌شود ذرات كوچك نقره كه هر كدام 3 نانومتر از يكديگر فاصله دارند، در محلول ته‌نشين شوند. تغيير دادن رنگ ال.اي.دي به يك فركانس مشخص براي 24 ساعت باعث مي‌شود اين نانوذرات به شكل دلخواه و با فاصله بين 50 تا 200 نانومتر از يكديگر در بيايند.

اما چرا تابش نور بايد منجر به تغيير شكل اين نانوذرات شود؟ نورهاي رنگي، ميدان الكترومغناطيسي در اطراف ذرات نقره به وجود مي‌آورند كه باعث مي‌شود آن‌ها به نزديك‌ترين همسايه خود بچسبند.

استامپلكوسكي در اين باره گفت: «نور باعث شكل‌دهي ذراتي مي‌شود كه طول‌موج مشخصي دريافت مي‌كنند و اين پروسه تا زماني كه همه ذرات اين نور جذب شده را به اشتراك بگذارند، ادامه پيدا خواهد كرد».

هر رنگ خاص، ميدان الكترومغناطيسي خاصي را القا مي‌كند كه باعث مي‌شود نانوذرات به يك شكل مشخص در كنار يكديگر قرار بگيرند. اين بدان دليل است كه انرژي نوراني جذب شده به گرما تبديل مي‌شود و اين ذرات را به شكل معيني در جاي خود تثبيت مي‌كند. از آن‌جاكه ذرات، نور را در فركانس معيني جذب مي‌كنند، رنگ محلول نيز تغيير مي‌كند؛ براي مثال 12 ضلعي‌ها نور آبي را جذب مي‌كنند و درنتيجه، محلول به رنگ زرد پرتغالي (يعني مكمل آن) درمي‌آيد.

استمپلكوسكي مي‌گويد: «روش فعلي براي شكل دادن به نانوذرات نقره، گرم كردن آنها در يك دماي مشخص است. اما تغيير دادن ناگهاني دماي محلول دشوار است و اين روش باعث به وجود آمدن مخلوطي از شكل‌هاي گوناگون مي‌شود. اين درحالي است كه تغيير پرتوهاي رنگي آسان‌تر است و مي‌تواند نتيجه يكنواخت‌تري به ما بدهد».

تيم جورج شاتز از دانشگاه نورث‌وسترن در ايلي‌نوي آمريكا، اولين شخصي بود كه نشان داد نور مي‌تواند باعث تغيير رشد ذرات نقره شود. اما او مي‌گويد: «اين موضوع كه شما مي‌توانيد با استفاده از اين روش شكل ذرات را تغيير دهيد، بسيار هيجان‌انگيز است. نانوذراتي كه شكل و ابعاد دقيقي داشته باشند، در سنجش و تشخيص پزشكي مورد توجهند».

جان كلي، نور-شيمي‌دان در ترينيتي كالج دوبلين واقع در ايرلند كه در زمينه نانوذرات نقره نيز فعاليت مي‌كند، در اين باره گفت: «به دليل اين‌كه اين روش با نور كار مي‌كند، مي‌توان آن را در دماي اتاق يا حتي پايين‌تر به كار برد».

منبع : خبر آنلاين

پديدة كامپتون

يكي از بهترين آزمايشاتي كه به وسيله آن مي توان خاصيت ذره اي نور را مشاهده كرد و دريافت، اثر كامپتون است. اين پديده را كه نمي توان آنرا در پرتو فيزيك كلاسيك توجيه كرد آرتور هالي كامپتون در سال 1922 كشف كرده است. وي طي آزمايشي نشان داد كه با تابيدن نور با بسامد (رنگ) مشخص بر سطح فلزي براق، الكترون ها و فوتون ها به صورت ذره اي با يكديگر برخورد مي كنند.

با ابعادي ريزتر به اين اثر نگاه مي كنيم: در هنگام تابش يك فوتون به الكترون آزادي كه در سطح فلز قرار دارد برخورد مي كند و بخشي از انرژي خود را به الكترون مي دهد كه طي اين برخورد ذره را از مسير خويش منحرف كرده و به آن انرژي منتقل مي كند (شكل 1):

(شكل 1)

پس از اين برخورد بدليل اينكه اندازه حركت ثابت مي ماند فوتون تخريب مي شود كه اين تخريب با كاهش انرژي يا تغيير بسامد (رنگ) فوتون مي باشد. كه مقدار اين تغيير بسامد را مي توان با توجه به رابطه زير محاسبه كرد.(شكل 2)

(شكل 2)

از طرفي همانطور كه گفته شد انرژي ذره افزايش پيدا مي كند كه نتيجة اين افزايش انرژي، افزايش سرعت ذره مي باشد. (شكل 3)

(شكل 3)

با محاسبه انرژي فوتون پس از برخورد و با داشتن معلوماتي چون جرم الكترون، سرعت نور، انرژي ابتدايي فوتون مي توان زاويه انحراف الكترون را بدست آورد.(شكل 4)

(شكل 4)

ممكن است در برهم كنش فوتون با ماده همه انرژي فوتون به ماده منتقل شود و يا اينكه فوتون جذب الكترون شود:

اصل موضوعه اتم بور:

نيلز بور1 در سال 1913 بعد از اينكه نظريه اتمي رادرفورد نتوانست چرخش الكترون به دور هسته و پايدار ماندن اتم را توضيح دهد، مدلي نوين را براي اتم ارائه داد. در اين مدل بور به عناون اصل مي پذيرد كه الكترونها تنها مي توانند گذارهاي ناپيوسته اي از يك مدار مجاز به مدارهاي مجاز پايين تر انجام دهند، و تغيير انرژي، به صورت تابش با بسامد زير ظاهر مي شود:

الكترونها مي توانند با جذب فوتون، گذار به مداري با انرژي بيشتر انجام دهند.

اثر فوتوالكتريك:

اين اثر كه حالتي خاص از پديده كامپتون است يكي از 4 مقاله2 تكان دهنده اي بود كه آلبرت اينشتين3 در سال 1905 نوشت. البته تحقيقات اوليه اين اثر را هرتز4 در سال 1887انجام داد. هاينريش رودلف هرتز دانشمند آلماني كه سالهاي زيادي از عمر علمي خود را صرف تحقيقات بر روي امواج كرد آغازگر كشف اثري بود كه بعدها يك پايه استوار تجربي براي نظريه مكانيك كوانتوم و ذره ذره يا گسسته بودن انرژي شد.

هاينريش هرتز در حالي كه سرگرم مطالعات امواج الكترومغناطيس بود متوجه اين موضوع شد كه با تاباندن نور با طول موج هاي كوتاه يا ماورا بنفش به سطح كلاهك فلزي الكتروسكوپي با بار منفي باعث تخليه شدن كلاهك فلزي مي شود.

همانطور كه گفته شد كار بر روي اين اثر و توجيه آن در پرتو نظريه كوانتوم كه در آن روزها يك تئوري نوپا بود، به همت آلبرت اينشتين جوان انجام شد كه دستاوردي بزرگ براي او و علم فيزيك به همراه داشت. اينشتين به واسطه توجيه اين پديده نوبل فيزيك را از آن خود كرد و فيزيكدانان به نظريه بزرگ كوانتوم جدي تر از قبل نگاه كردند.

اين پديده مي گويد كه اگر برسطح فلزي براق نور بتابانيم مشاهده مي كنيم كه در فركانسي خاص و ويژه الكترونها از سطح فلز جدا مي شوند.(شكل 5)

(شكل 5)

حال اگر در محفظه اي ايده آل در مقابل سطح فلزي كه در حال گسيل كردن الكترون است (كاتد) قطعه اي آندي قرار دهيم. مي بينيم كه جريان الكتريكي ايجاد مي شود. كه به آن جريان فوتوالكتريكي مي گوييم. حال بايد ببينيم چه عواملي در اين پديده وجود دارد كه موجب مي شود تا براي توجيه آن به مكانيك كوانتوم رجوع كنيم.

آ - در اين پديده مشاهده مي شود كه شدت جريان فوتوالكتريكي ايجاد شده مستقل از شدت نور مي باشد و فقط به بسامد (رنگ) نور بستگي دارد. اين مشاهده در حالي انجام شد كه ماكس پلانك5 فيزيكدان بزرگ آلماني به تازگي با توجه به تابش جسم سياه اثبات كرده بود كه انرژي بر خلاف تصور مكانيك كلاسيك ماهيت كوانتايي يا ذره ذره دارد. كه مقدار انرژي نور تنها به بسامد بستگي داشته و از شدت آن مستقل است. اين مشاهده از پديده فوتوالكتريك به وسيله فرمول پلانك يا بطور كلي تئوري كوانتوم قابل توجيه بود

ب- هر كاتد داراي يك فركانس ويژه مي باشد بطوري كه اگر بسامد نور تابانده شده از اين فركانس ويژه يا بسامد آستانه كمتر باشد هيچ جريان فوتوالكتروني ايجاد نخواهد شد و اين آستانه براي فلزهاي مختلف متفاوت است. اينشتين با در نظر گرفتن كوانتومهاي انرژي نشان داد كه هر فوتون انرژي الكترون را به اندازه معين افزايش مي دهد پس بديهي است كه مقدار انرژي كه صرف جدا كردن الكترون مي شود از فلزي به فلز ديگر فرق كند، اما نبايد به انرژي الكترون بستگي داشته باشد.

اصل عدم قطعيت

يكي از بزرگترين دستاوردهاي علمي بشر اصل عدم قطعيت و تعابير فلسفي آن مي باشد

اين اصل را ورنر هايزنبرگ6 با كمك هاي نيلز بور در سال 1927 ارائه كرد.

براي آنكه تكانه و وضعيت آينده ذره اي را پيش بيني كنيم بايد بتوانيم وضعيت و تكانه فعلي آن را به دقت اندازه بگيريم . بديهي است براي اندازه گيري بايد ذره را در پرتو نور مورد مطالعه قرار دهيم چون برخي از امواج نور به وسيله ذره پراكنده خواهند شد و در نتيجه وضعيت ذره مشخص مي شود . اما دقت اندازه گيري وضعيت يك ذره بناگزير از فاصله بين تاجهاي متوالي موج نور كمتر است در نتيجه براي تعيين دقيق وضعيت يك ذره بايد از نوري با طول موج كوتاه تر استفاده كرد . حال بنابر فرضيه كوانتوم پلانك ، نمي توانيم هر قدر دلمان خواست مقدار نور را كم اختيار كنيم ، دست كم بايد يك كوانتوم نور مصرف كنيم . اين كوانتوم يا همان فوتون ذره را متاثر خواهد كرد . از اين گذشته براي آنكه وضعيت ذره را هر چه دقيق تر اندازه بگيريم . بايد از نوري با طول موج كوتاهتر استفاده كنيم كه با توجه به رابطه پلانك كه مي گويد فركانس با انرژي رابطه مستقيم دارد انرژي هم افزايش پيدا مي كند و بنابراين انرژي هر كوانتوم بيشتر مي شود . با افزايش انرژي نور تابانده شده مقدار انرژي جنبشي كه به الكترون تزريق مي شود افزايش پيدا مي كند. كه باعث زياد شدن اندازه حركت الكترون مي شود بنا براين هرچه تلاش كنيم كه موقعيت الكترون را دقيق تر مشخص كنيم اندازه حركت آنرا بيشتر تغيير خواهيم داد. به عبارتي ديگر ما هيچگاه نمي توانيم آينده ذرات را با وجود اصل ذاتي عدم قطعيت به طور دقيق مشخص كنيم كه اين دستاورد دقيقا در مقابل فلسفه فكري مكانيك نيوتوني قرار دارد.

با يك مدل ساده مي توان گفت كه مكانيك نيوتوني براي توصيف وضعيت ذره تنها نياز به يك عكس در لحظه اي معين از ذره دارد. يعني با داشتن خاصيت هاي كمي ذره مي تواند وضعيت ذره را پيش بيني كند حال آنكه مكانيك كوانتوم از ذره فيلم مي گيرد. يعني هزاران عكس از ذره را در نظر مي گيرد. و اساس توصيف وضعيت ذره را بر ميانگين و احتمالات مي گذارد. يا به عبارتي ديگر در برگيرنده همه چيز و در عين حال هيچ چيز.

اين اصل مي گويد اندازه حركت و مكان ذره (و هر زوج ديگري كه ديمانسيون حاصلضربشان با اين زوج برابر شود) در كوانتوم بر خلاف نظريه كلاسيك مكمل يكديگرند.

و كوانتوم هيچ آزمايشي را براي رد كردن اين اصل ممكن نمي داند. كه حدس زدن همين آزمايش ها زماني داغترين موضوع بحث كنفرانسهاي فيزيك از جمله انجمن سلواي7 بود.

در ادامه بحث چند آزمايش در مورد عدم قطعيت را بررسي خواهيم كرد:

آ- پراش الكترون: فرض كنيد فاصله شكافها از يكديگر و فاصله شكافها تا پرده مقدار هاي معيني باشند. در اينصورت انتظار ما از آزمايش اينست كه با رقراري شرط محاسبه شده تداخل سازنده انجام شود. حال آنكه آزمايش با خطا همراه است و عدم قطعيت يك ابهام در مكان الكترون بوجود مي آورد.

كه دليل ايجاد شدن اين عدم قطعيت حضور ناظري بر آزمايش مي باشد.

ب- ميكروسكوپ هايزنبرگ: هدف اصلي اين آزمايش اينست كه بوسيله نوري كه الكترون ها پراكنده مي كنند مكان آنها مشخص شود. يعني بوسيله يك عدسي مي توان نور پراكنده شده توسط الكترون را مشاهده كرد. حال براي محاسبه دقيق تر مكان الكترون ها بايد توان تفكيك را تغيير داد يا به عبارتي ديگر عدم قطعيت در مكان الكترون را كه تابع طول موج و سينوس زاويه اي كه ميان محور اصلي و خط گذرنده از نقطه ابتداي عدسي مي باشد، را بايد كاهش داد. اما اين كار باعث مي شود تا تكانه با دقت كمتري محاسبه شود. كوانتوم مي گويد راستاي حركت فوتون پس از پراكندگي در محدوده تشكيل نامعين است. در نتيجه تكانه عدم قطعيتي دارد كه با زاويه ذكر شده رابطه مستقيم دارد. يا به عبارتي ديگر اگر ما بخواهيم بوسيله كاهش سينوس زاويه مذكور عدم قطعيت اندازه حركت را كم كنيم آنگاه عدم قطعيت ما در مكان افزايش مي يابد.

پ- الكترون ها در مدار اتم بور: در اين آزمايش تحت مطالعه قرار دادن الكترون باعث انتقال مهارنشدني تكانه به الكترون مي شود. كه خود عدم قطعيتي در انرژي الكترون ايجاد مي كند كه بسيار بزرگتر از اترژي بستگي الكترون در مدار مي باشد. يا به عبارتي ديگر اين جذب تابش در الكترون موجب خارج شدن الكترون از مدار مي شود. كه ازين رو نمي توان مدلي از مدار به دست آورد.

نكته مهمي كه از آزمايش آخر نتيجه مي گردد اينست كه عدم قطعيت تنها به زوج اندازه حركت و مكان محدود نمي گردد بلكه زوج هاي ديگري همچون انرژي- زمان را در بر مي گيرد. كه مي توان گفت كه اين زوج حاصل و ثمره نظريه نسبيت است.

ت- بودن يا نبودن مسئله اينست. (گربه شرودينگر): يكي از عميق ترين آزمايشاتي كه توسط ذهن خلاق اروين شرودينگر8 جوان شكل گرفت آزمايش گربه شرودينگر بود. هرچند اين آزمايش بيشتر به يك سفسطه فلسفي شبيه است تا يك آزمايش اما تفكر ذهني كه پس از مطالعه اين آزمايش به دست ميايد اعتماد ما را نسبت به عدم قطعيت بيش از پيش جلب مي كند.

در اين آزمايش او اتاقي در بسته را در نظر مي گيردكه درونش يك گربه وجود دارد و شامل مقداري سيانور در يك شيشه شكننده كه به يك چكش وصل است مي باشد. در اين اتاقك مقدار بسيار كمي ماده راديواكتيو است كه ممكن است در يك زمان طولاني حتي يك اتم آن تجزيه نشود. و در اين اتاقك شمارشگر گايگر موجود است كه به محض اكتيو شدن ماده راديواكتيو رله چكش را به كار مي اندازد و اين چكش شيشه حاوي سيانور را مي شكند و حيوان مي ميرد. حال سوال اينست كه آيا در صورت باز نكردن جعبه مي توانيم در مورد زنده بودن يا نبودن جانور حرفي بزنيم. شرودينگر مي گويد كه زندگي گربه پنجاه-پنجاه است. جان ويلسون مي گويد: « طبق كوانتوم گربه تا زماني كه كسي در جعبه را باز نكرده و مشاهده اي انجام نداده در حال زنده و مرده قرار دارد»

ث- در حيطه ماكروسكوپيك: اگر از خطاهاي كوچك در حوزه مكانيك كلاسيك چشم نپوشيم آنگاه اين اصل را مي توان براي اجسام ماكروسكوپيك هم بكار گرفت.

بطور مثال يك توپ را در نظر بگيريد اگر اين توپ را از ارتفاعي رها كنيم به زمين مي خورد و به سمت بالا بر مي گردد وآنقدر اين كار را ادامه مي دهد تا بايستد.اما آيا واقعا از حركت ايستاده است؟ اصل عدم قطعيت مي گويد نه! به اين دليل كه اگر اين توپ بخواهد دقيقا در يك نقطه باقي بماند در آن صورت مكان دقيقش مشخص مي شود طبق اصل عدم قطعيت اگر عدم قطعيت ما در مورد مكان كم باشد عدم قطعيت ما در مورد اندازه حركت فوق العاده زياد است

به حدي كه اصلا نمي توانيم عددي براي اندازه حركت قائل شويم. بنا براين احتمال اينكه توپ از حركت ايستاده باشد صفر است. يعني به محض مشاهده، نور به آن انرژي وارد مي كند پس ما هيچگاه نمي توانيم واقعيت يا همان از حركت ايستادن توپ را ببينيم.) بوسيلة اين اصل و استدلالي مشابه مي توانيم توجيه كنيم كه چرا ذرات داخل اتم مدام در حال حركت هستند.

آزمايشات ديگري نيز مطرح شده است كه از ميان آنها مي توان به مهمترين آنها يعني پديده تونل زني در كوانتوم كه بر اساس علم احتمالات در كوانتوم شكل گرفته است اشاره كرد.

اين اصل نگاه ديگري را به نوع نگرش فيزيك در طبيعت مي بخشد.كوانتوم بوسيله اين اصل توانست در خط فكري فلسفه قرن 20 و مسير كلي فلسفه علم تغييرات مهمي را ايجاد كند.

عدم قطعيت و سرنوشت غير قابل پيش بيني:

سالها از مطرح شدن اين اصل توسط هايزنبرگ مي گذرد اما اين اصل همچنان به قوت خويش باقيست. و تمام نظريه ها كه مطرح شد و تمام برداشتهايي كه بعدها از نظريه كوانتوم انجام شد اين اصل را محترم شمرد.

از دل اصل عدم قطعيت نظريه هاي ديگري بيرون آمدند كه از بين آنها مي توان به نظريه آشوب اشاره كرد. اين تئوري يكي از مهمترين جريانات در فيزيك مدرن پس از كوانتوم بود. اين نظريه تلاشي است براي پاسخگويي به پرسش هايي كه نشان از ايجاد حوادث مهم توسط حركات آشوبناك دارد. كشف وجود پديده هاي تصادفي در نظام غير قابل پيش بيني فيزيك به برآمدن رشته جديدي از علم منجر شده است كه مدعي جهان ما بسيار غير قابل پيش بيني تر از آنيست كه تصور مي شد! نظريه آشوب با در نظر گرفتن تمام آثاري كه فيزيكدانان آنها را تا پيش ازين از محاسبات خويش حذف مي كردند توانست جلوه ديگري از طبيعت را آشكار سازد: « پروانه اي در برزيل بال مي زند و در نقطه اي از آمريكاي شمالي سيل مي آيد » . البته نبايد ازين مسئله غافل شد كه نظريه آشوب غالبا در سيستم هايي حاكم است كه حساسيت فوق العاده نسبت به شرايط اوليه دارند يا اينكه به دليل دارا بدن فاكتورهاي زير تحت تاثير اثرات شگفت انگيز آشوب قرار مي گيرند:

ميان رشته اي بودن.
بزرگ مقياس بودن.
دارابودن تعداد زياد پارامتر هاي مداخله گر.
غير خطي يا بودن. بويژه زماني كه رفتار ديفرانسيلي باشد. يعني عامل زمان
(نرخ و سرعت تغيير) در سرنوشت و رفتار سيستم اثر بگذارد.

اين نظريه مدعي است كه پيچيده ترين ساختار ها تركيبي از چند قاعده ساده هستند.

اما اين نظريه تنها بر ژنتيك و هواشناسي حاكم نيست بلكه اگر به هر خاطره ذهني به چشم يك فركانس نگاه كنيم مي بينيم كه يك خاطره كوچك مي تواند آشوبي در ذهن به پا كند..

اما آشوب چگونه بوجود آمد؟

نخستين بار سيستمهايي مشاهده شدند كه اگرچه در قلمرو فيزيك مكانيك كلاسيك بودند، اما رفتار ديناميك و غير خطي آنها باعث شده بود تا پيش بيني رفتار بلند مدت آنها عملا غير ممكن گردد.
بعدا ثابت گرديد كه نه تنها در عمل پيش بيني نا ممكن است بلكه در تئوري نيز سدهايي براي رسيدن به يك پيش بيني دقيق و دراز مدت وجود دارد.

دانشمندي بنام لورنتس در سال 1965 مشغول پژوهش روي مدل رياضي بسيار ساده اي كه از آب و هواي زمين بود ، به يك معادله ديفرانسيل غير قابل حل رسيد.

وي براي حل اين معادله به روشهاي عددي با رايانه متوسل شد. او براي اينكه بتواند اين كار را در روزهاي متوالي انجام دهد، نتيجه آخرين خروجي يك روز را به عنوان شرايط اوليه روز بعد وارد مي كرد. لورنتس در نهايت مشاهده كرد كه نتيجه شبيه سازي هاي مختلف با شرايط اوليه يكسان با هم كاملا متفاوت است. بررسي خروجي چاپ شده رايانه نشان داده كه رويال مك‌بي رايانه‌اي كه لورنتس از آن استفاده مي كرد، خروجي را تا ۴ رقم اعشار گرد مي كند. از آنجايي محاسبات داخل اين رايانه با ۶ رقم اعشار صورت مي گرفت، از بين رفتن دورقم آخر باعث چنين تاثيري شده بود. مقدار تغييرات در عمل گرد كردن نزديك به اثر بال زدن يك پروانه است. اين واقعيت غير ممكن بودن پيشبيني آب و هوا در دراز مدت را نشان مي دهد..

نظم در آشوب:

هم شكلي: در تئوري آشوب ؛ نوعي شباهت بين اجزاء و كل قابل تشخيص است. بدين ترتيب كه هر جزئي از الگو همانند و مشابه كل مي باشند. خاصيت خودمانائي در رفتار اعضاي سازمان نيز مي تواند نوعي وحدت ايجاد كند ؛ همه افراد به يكسو و يك جهت و هدف واحدي نظر دارند.

جاذبه هاي بي نظم: جاذبه ها انواع مختلف دارند مانند جاذبه نقطه ثابت ؛ جاذبه دور محدود ؛ جاذبه گوي مانند و جاذبه بي شكل يا بي نظم. جاذبه هاي بي نظم برخلاف جاذبه هابي قبلي كه نوعي نظم و قابليت پيش بيني داشتند ؛ بي نظم هستند و به همين خاطر برخي آنها را جاذبه هاي بي نظم نيز ناميده اند. اما همين جاذبه بي نظمي از الگوهاي خاص و مشخصي تبعيت مي كنند.

پويا بودن: سيستمهاي بي نظم خود را با محيط پيرامون وفق مي دهند.

نجوم آماتوری راهگشایی برای استفاده از تلسکوپ

شاید همین نکته راز اقبال بسیار گسترده مردم عادى به نجوم باشد، هر چند که فیزیک آماتورى و شیمى آماتورى نداریم، اما نجوم آماتورى از طرفداران بسیارى برخوردار است. راز این علاقه نیز در یکى از مهمترین اختراعات بشر نهفته است: تلسکوپ. پیش از اختراع تلسکوپ جهان بسیار کوچک بود و به زمین ، خورشید ، پنج سیاره و تعدادى ستاره محدود مى‌شد. اما پس از اختراع تلسکوپ گستره وسیعترى از جهان در مقابل دیدگان ما قرار گرفت. فهمیدیم که کهکشان ما مجموعه‌اى از ستارگان است که قطر آن به چند هزار سال نورى کهکشان در عالم وجود دارد که هر کدام تعداد بى‌شمارى ستاره دارند.

تلسکوپ یکى از مهمترین اختراعات قرن هفدهم است، هر چند که دانشمندان سالها پیش از توانایى عدسى اولین تلسکوپى که عملاً مورد استفاده قرار گرفت در سال 1608 ساخته شد. مى‌رسد. گذشته از کهکشان ما ، میلیونها براى بزرگتر کردن اجسام مطلع بودند. هانس لیپرهى و یاکوب متیوس از جمله اولین افرادى بودند که توانستند تلسکوپى با قدرت کم بسازند. اما گالیله کسى بود که توانست در سال 1609 با استفاده از تلسکوپ به مشاهده دقیق اجرام آسمانى بپردازد. وى توانست با استفاده از تلسکوپ خود به تماشاى اقمار مشترى بپردازد و تصویرهایى از آن رسم کند. از زمان گالیله به بعد ساخت تلسکوپ با پیشرفتهاى فراوانى همراه بوده است.

تلسکوپ شکستی

در تلسکوپ شکستی ، یک عدسی ، نور را جمع می‌کند و تصویری از جسم بوجود می‌آورد. این عدسی که در جلوی آن است، عدسی شیئی نامیده می‌شود. یک یا چند عدسی کوچک دیگر که چشمی نام دارد، برای دیدن تصویر بدست آمده از شیء بکار می‌رود. در تلسکوپ شکستی ، عدسی شیئی تصویری از جسم بوجود می‌آورد و عدسی چشمی آن را درست می‌کند.

شاید ندانید که اخترشناسان ، همیشه مایل به استفاده از درشتنمایی‌های بسیار زیاد نیستند. در یک تلسکوپ ، چشمیهای گوناگون ، درشتنمایی‌های گوناگون ایجاد می‌کنند. ولی هر قدر تصویر یک ستاره را درشت‌تر کنیم، باز هم چیزی جز یک نقطه نورانی نخواهیم دید! قطر شیئی بزرگترین تلسکوپ شکستی جهان ، 1.1 متر است. مسائل زیاد سبب می‌شوند که ساختن تلسکوپهای بزرگتر ، اخترشناسان از آینه خمیده
استفاده می‌کنند و تصویر جسم را بعد از تابش نور آن ، بدست می‌آورند.

تلسکوپ بازتابی

اخترشناسان در بیشتر کارهای خود از تلسکوپ بازتابی استفاده می‌کنند. در یک تلسکوپ بسیار بزرگ ، آنها می‌توانند درون محفظه کوچکی که در بالای لوله تلسکوپ جای دارد. کار کننده با جایگزین کردن یک آینه خمیده دیگر به جای این محفظه ، می‌توان نور را به طرف پایین منحرف کرد و از درون سوراخی که در وسط آینه اصلی قرار دارد، به مشاهده پرداخت. از این به بعد دستگاههای مخصوصی برای مطالعه نور بکار گرفته می‌شوند. یکی از متداول‌ترین آنها طیف نمایی می‌باشد. این دستگاه ، طول موجهایی نور را تفکیک می‌کند. اخترشناسان به مطالعه شدت نور در طول موجهای مختلف آن ، می توانند دما و ترکیبات ستارگان را بدست آورند.

تلسکوپ رادیویی

آنتنهای غول پیکری به شکل بشقاب هستند که علامتهای رادیویی را در کانون اصلی خود متمرکز می‌کنند. در این کانون ، یک آشکارساز رادیویی قرار دارد. با استفاده از تلسکوپ رادیویی ، اندازه گیری شدت امواج رادیویی حاصل از کهکشانها امکان پذیر است. در تلسکوپ رادیویی ، یک آنتن به شکل بشقاب ، امواج را کانونی می‌کند و به گیرنده می‌فرستد. امواج پس از تحلیل در کامپیوتر ، بر روی کاغذ رسم می‌شوند. اخترشناسان با پیوند چندین تلسکوپ رادیویی به هم ، یک دوربین رادیویی درست می‌کنند و نقشه مناطق نشر کننده موج رادیویی را در آسمان بدست می‌آورند. به کمک تلسکوپ رادیویی نه تنها به هنگام شب ، بلکه در روز نیز می‌توان به اخترشناسی پرداخت.

تلسکوپ اشعه ایکس

در بالای جو ، تلسکوپهای دیگری زمین را دور می‌زنند، که مخصوص پرتوهای X و فرابنفش هستند. آنها برای تشریح منظره آسمان در پرتوهای X و فرابنفش ، یافته‌های خود را به صورت پیامهای رادیویی به زمین می‌فرستند

مقدمه

شکست نور عبارت است از انحراف ناگهانی مسیر پرتوهای نور وقتی که بطور مایل از یک محیط شفاف مانند هوا ، وارد محیط شفاف دیگری مانند آب یا شیشه بشوند. این پدیده را بدون استثناء همه ما در زندگی روزمره خود بارها تجربه و مشاهده کرده‌ایم و چون بطور مکرر تکرار شده در نظر ما کاملا طبیعی و عادی جلوه‌گر شده‌اند. برای مثال وقتی لبه استخر پر از آب ایستاده‌ایم، کف استخر بالاتر به نظر رسیده و احتمال دارد ما را گمراه سازد. یا پدیده سراب ، ماهی که در یک تنگ شیشه‌ای نیمه‌پر قرار دارد، میله چوبی که بطور مایل در لیوان پر از آب فرو رفته ، در محل فرورفتن در آب شکسته می‌بینیم.

یا یک قطعه شیشه ضخیم تخت را روی صفحه‌ای از کتاب بگذاریم، نوشته‌ها چطور به نظر می‌رسند، همه‌ اینها نمونه‌ای از پدیده شکست نور هستند. اولین فرمولبندی و بدست آوردن رابطه‌ای که ارتباط بین پارامترهای مختلف و شرایط محیطی حاکم بر آنها را کاملا مشخص و روشن می‌کند، توسط دو دانشمند به نامهای اسنل و دکارت که قوانین مربوطه نیز به نام خودشان معروف می‌باشد، انجام شد. شما هم می‌توانید بر اساس انتشار نور به خط راست با آزمایشهای ساده‌ای قوانین شکست نور را بدست آورید.

تئوری آزمایش

زاویه تابش i زاویه‌ای است که میان پرتو تابش و خط عمود بر سطح در محل تابش درست می‌شود و زاویه شکست r زاویه‌ای است که بین پرتو شکست و خط عمود تشکیل می‌گردد. وقتی نور از هوا یا خلا وارد ماده چگالتری مانند شیشه یا آب می‌شود، طوری می‌شکند که پرتو شکست به خط عمود نزدیکتر می‌شود. برعکس ، هنگامی که نور از ماده‌ای چگالتر از هوا (مانند شیشه یا آب) وارد هوا می‌شود، پرتو شکست از خط عمود دور می‌شود. در نتیجه زاویه شکست از زاویه تابش بزرگتر است.

قوانین شکست نور (قوانین اسنل - دکارت)

پرتو تابش و پرتو شکست و خط عمود بر سطح جدا کننده دو محیط در نقطه تابش ، هر سه در یک صفحه‌اند.
برای دو محیط شفاف معین ، نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست مقداری ثابت است. این مقدار ثابت را ضریب شکست محیط دوم (یعنی محیطی که پرتو شکست در آن قرار دارد) نسبت به محیط اول (یعنی محیطی که پرتو تابش در آن واقع است) می‌نامند و آن را با حرف n نمایش می دهند.

n=Sini/Sinr

علت شکست نور ، به هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر ، در واقع این است که سرعت نور در دو محیط مجاور هم متفاوت است. اگر سرعت نور در هوا V و در محیط شفاف دیگر V باشد، روابط زیر برقرارند:

ضریب شکست هر محیط نسبت به محیط دیگر بستگی به جنس دو محیط دارد.

`Sini/Sinr= n =V/V

مثلا نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در آب برابر 33/1 است که این عدد درست برابر ضریب شکست آب است. حال اگر نور از محیط شفاف 1 (مثلا آب) به ضریب شکست n₁ وارد محیط شفاف (مثلا شیشه) به ضریب شکست n₂ بشود ضریب شکست محیط 2 نسبت به محیط 1 برابر:

(سرعت نور در محیط 2/سرعت نور در محیط 1)n_2,1 = n₂/n₁ = v₁/v₂

تحقیق تجربی قانون دوم شکست نور

وسایل لازم

منبع نور (با یک شکاف نازک)
صفحه گرد مدرج و کاملا تخت که بر حسب درجه مدرج شده باشد.
نیم استوانه شیشه ای با ضخامت کم.

شرح آزمایش

به کمک این اسباب به آسانی می‌توان قانون دوم شکست را تحقیق کرد. روش آزمایش بدین صورت می‌باشد که قسمتی از پرتو باریک منبع نوری از روی وجه مسطح نیم استوانه که مرکز آن منطبق بر مرکز صفحه مدرج بوده و امتدادها طبق شکل درست در دو طرف ˚90 می‌باشد، بازتابیده شده و قسمت دیگر وارد نیم استوانه می‌شود و در آن شکست می‌یابد. مسیرهای پرتوهای تابش و شکست روی صفحه مدرج دیده می‌شود.

زاویه‌های تابش و شکست به آسانی اندازه گرفته می‌شوند. بدون تغییر دادن راستای پرتو تابش ، صفحه مدرج (و درنتیجه نیم استوانه شفاف) را چرخانده و زاویه تابش را از صفر تا نزدیک ˚90 تغییر داده و برای هر زاویه تابش ، زاویه شکست مربوط به آن را روی صفحه مدرج اندازه گرفت و تحقیق کرد که Sini/Sinr همواره مقدار ثابتی است. حال همین آزمایش را برای موادی دیگر نظیر آب و کوارتز و ... تکرار نمایید.

ضریب شکست پاره‌ای از مواد شفاف
نوع ماده	ضریب شکست
هوا	1.00	آب	1.33
بنزن	1.50	سولفید کربن	1.63
کوارتز	1.46	شیشه کراون	1.52
شیشه فلینت	1.66	پلکس گلاس (پلی اتیلنی)	1.50
الماس	2.42

این بررسیها نشان می‌دهد که قوانین اسنل - دکارت بدون وابستگی محیط همواره پابرجا هستند.

نتایج آزمایش

این آزمایش موئید اصل انتشار نور به خط مستقیم است.
قوانین بازتابش و شکست نور ، مستقل از طول موج نور و هندسه سطح تابشی است.
قوانین اسنل - دکارت بدون وابستگی به نوع محیط همواره پابرجا هستند.
در طراحی و ساخت کلیه دستگاههای نوری از جمله عدسی (تنظیم ابیراهیها و ...) ، انواع دوربین عکاسی ، تلسکوپ ، میکروسکپ و ... .

سوالات

در زیر سئوالاتی مطرح شده که آنها با مفهوم شکست نور توجیه می‌شوند؟

اگر چوب را تا قسمتی از آن بطور قائم در آب فرو بریم چگونه به نظر خواهد رسید؟
اگر یک پرتو نور بطور عمودی بر سطح یک محیط شفاف بتابد، چگونه وارد این محیط می‌شود؟
اگر n ضریب شکست شیشه نسبت به هوا باشد، ضریب شکست هوا نسبت به شیشه چیست؟
با توجه به این که نور ستارگان از خلا وارد جو زمین می‌شوند، آیا ستارگان بویژه آنها که به سطح افق نزدیکترند در جای حقیقی خود دیده می‌شوند؟
فرض کنید با یک زاویه ثابت به یک پارچ کدر که ته آن برای ما قابل روئیت نیست و ته پارچ یک سکه قرار داده شده ، تماشا می کنیم، چه روشی پیشنهاد می‌کنید تا در شرایط مذکور بدون تغییر وضعیت موجود ، سکه مشاهده شود؟

دانش - لیزر به پرتویی از نور گفته می‌شود که اجزای آن کاملا یکنواخت و هماهنگ با یکدیگرند. این ویژگی، کاربردهای فراوانی برای لیزر به همراه داشته و اکنون، نسل جدید لیزرها به جای نور از امواج صوتی استفاده می‌کند.

دو گروه از محققین با استفاده از پوسته نازک طبل و برج‌های مرتعش، نوع جدیدی از لیزر را تولید کرده‌اند که به جای نور از خود صدا ساطع می‌کند. این لیزر صوتی که از سوی برخی از محققین سیزر (Saser) نام گرفته‌است، هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد؛ اما تیم تحقیقاتی معتقدند که این وسیله روزی در تمام زمینه‌های علوم، از تصویربرداری فراصوتی گرفته تا ساخت لوازم الکترونیکی سریع‌تر، مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

به گزارش نیچر، ایده ساخت سیزر قدمتی به اندازه خود لیزر دارد. اساس کار لیزر تقویت یک رنگ یا فرکانس خاص نور است. دو آینه بازتابنده با قرار گرفتن در فاصله مناسب از یکدیگر باعث تشدید فرکانس نور می‌شوند. فضای خالی بین دو آیینه توسط گازی که نور را تقویت می‌کند، پر می‌شود. هنگامی‌که نور بین آیینه‌ها جابه‌جا می‌شود، گاز موجود قدرت آن را افزایش می‌دهد و وقتی‌که نور از انتهای وسیله خارج می‌شود، به شکل پرتوی منسجمی است که تمام ذرات نور آن دارای رنگ و فرکانس یکسان هستند.

اصول مربوط به امواج نور و امواج صوت تقریبا یکسان است. در شرایط مناسب، می‌توان یک پرتو منسجم از امواج صوتی را در داخل یک قطعه ماده جامد تولید کرد. امواج صوتی بسیار کندتر از نور حرکت می‌کنند و بنابراین، در یک فرکانس مشخص، طول‌موج صوت خیلی کوتاه‌تر از طول‌موج نور هم فرکانس آن است. به گفته کری واهالا، فیزیکدان موسسه تکنولوژی کالیفرنیا در پاسادانا، امواج صوتی با طول‌موج کوتاه می‌توانند کاربردهای عملی بسیار مفیدی داشته‌باشند. به عنوان مثال پرتوهای صوتی می‌توانند در ساخت دستگاه‌های فراصوتی با تفکیک‌پذیری بسیار بالا استفاده شوند. چنین دستگاهی به راحتی می‌تواند ذراتی را که قوی‌ترین میکروسکوپ‌ها نیز قادر به مشاهده آنها نیستند، ردیابی کنند.

اما کوتاه بودن طول‌موج امواج صوتی که سیزر را تا این اندازه جذاب می‌سازد، ساخت آن را نیز بسیار سخت می‌کند. در لیزرهای معمولی تقویت کردن تنها یک فرکانس بسیار ساده است، زیرا فرکانس‌های مشابه تشدید نمی‌شوند. اما طول‌موج کوتاه امواج صوتی به این معناست که در یک فضای واحد، فرکانس‌های خیلی بیشتری برای تشدید با یکدیگر رقابت می‌کنند. این فرکانس‌های اضافی باعث اتلاف انرژی سیزر می‌شوند. در گذشته واهالا با تیم تحقیقاتی دیگری برای ساخت وسیله‌ای شبیه سیزر در دماهای فوق‌سرد کار کرده بود، اما تاکنون هیچ کس نتوانسته بود سیزری بسازد که در دمای اتاق کار کند.

طبل، برج و باقی قضایا
برای مجزا کردن یک فرکانس خاص، واهالا و گروهش با استفاده از یک لیزر دو طبل از جنس سیلیسیوم را به میزان تنها چند ده میکرومتر به نوسان درآوردند. انرژی نور باعث شد که دو طبل با فرکانس مشخصی نوسان کنند. با مشاهده نحوه لرزش لیزر هنگام تحریک طبل‌ها، واهالا و گروهش توانستند تشدید یک فرکانس منفرد در یکی از طبل‌ها اثبات کنند. هنگامی‌که سیستم از یک حد آستانه عبور کرد، طبل مذکور با یک فرکانس خالص شروع به تپیدن می‌کرد. تنظیم فاصله طبل‌ها بازخورد بین آنها را تغییر می‌داد و به گروه اجازه داد تا بتوانند فرکانس صدا را تنظیم کنند.

گروه تحقیقاتی دیگری از یک سیستم کاملا متفاوت برای تولید سیزر استفاده کردند. تونی کنت و گروهش از دانشگاه ناتینگهام انگلستان، برجی را که از به صورت یک در میان از لایه‌های نیمه‌رسانای آرسنید گالیوم و آرسنید آلومینیوم ساخته شده‌بود، استفاده کردند. وقتی که یک پرتوی لیزر به بالای برج برخورد می‌کرد، صدایی را ایجاد می‌کرد که باعث می‌شد الکترون‌های موجود در آرسنید گالیوم به صورت کوانتومی از بین لایه آرسنید آلومینیوم تونل بزنند. این تونل زدن باعث تقویت صدا در فرکانس خاصی می‌شد که به نوبه خود باعث می‌شد الکترون‌ها بیشتری در فرایند تونل زدن شرکت کنند. به گفته کنت، این اثر تقویتی اگرچه برای مدت کوتاهی انسجام داشت، اما مفهوم سیزر را اثبات می‌کرد.

به گفته جرمی فیست از محققان موسسه تکنولوژی فدرال سویس در زوریخ، هر دو نتیجه جالب هستند و احتمالا مزایا و معایبی دارند. وی می‌گوید: «گروه واهالا یک لیزر صوتی واقعی را اختراع کرده‌است. کار آنها بسیار هوشمندانه است، اما وسیله آنها در فرکانس‌های مگاهرتزی کار می‌کند. چنین فرکانسی برای بسیاری از کاربردها، کمتر از میزان مورد نیاز است. علاوه بر این، تولید امواج صوتی از پوسته طبل و انتقال آنها از میان یک جسم جامد کار دشواری است.»

در مقابل، برج کنت از فناوری نیمه‌رساناها استفاده می‌کند که اتصال آن را به مدارهای نیمه‌رسانا آسان‌تر می‌سازد. همچنین این وسیله با فرکانس معادل چند صد گیگاهرتز کار می‌کند، فرکانسی که در خیلی از وسایل الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود. با این وجود، این وسیله بخش اعظمی از انرژی خود را از دست می‌دهد که باعث می‌شود موج صوتی تولید آن دارای فرکانس مناسبی نباشد.

فیست می‌گوید: «هنوز معلوم نیست که کدام یک از این سیزرها بهتر خواهد بود. آنها کاربردهای خود را پیدا خواهند کرد، اما من نمی‌دانم که این کاربرد چه خواهد بود.» واهالا اگرچه با فیست موافق است اما اضافه می‌کند که در حال حاضر، ساختن چنین وسیله‌ای به تنهایی نیز یک موفقیت ارزشمند است. وی می‌گوید: «بازی تازه شروع شده است.

فوتونيك

واژه‌ي فوتونیک در طي دهه‌ي اخير و به خاطر شباهت با واژه‌‌ي الکترونیک ابداع شده است. همان‌گونه كه ازاين واژه برمي‌آيد اپتيك و الكترونيك (به‌ويژه بخشي از الكترونيك كه به نقش مواد نيمه‌رسانا در سيستم‌هاي نوري مي‌پردازد) در رشته‌ي فوتونيك ارتباطي تنگاتنگ دارند. همان‌طور كه مي‌دانيد الکترونیک با بارهای الكتريكی و فوتونیک با فوتون‌ها سروکار دارد.

فوتونیک و ارتباطات نوری

فوتونیک و فناوری‌های نوری
امروزه نور با روش‌های مختلف زندگی ما را چنان تحت تاثیر قرار داده است که تا چند دهه‌ی پیش حتی به ذهنمان خطور هم نمی‌کرد. نور در آینده نقش‌های مهم‌تری خواهد یافت. از جمله با فراهم كردن مقدمات انقلاب مخابرات فیبر نوری در جهان شرایطی جدید دركاربرد پزشکی، زيست‌فناوري (Biotechnology) ، حس‌گر‌هاي نوری (optical sensing) ايجاد خواهد كرد.
فناوری‌های کلیدی برای قرن آینده:
فوتونيك و فناوری‌های نوری (Photonics and Opticl technologies)
نانوتکنولوژی (Nanotechnology)
زيست‌فناوری (Biotechnology)
اكنون ما در آغاز دیدن ثمره‌ی اکتشافات علمی در سه یا چهار دهه‌ی اخیر هستیم. در دهه‌ي 1960 مطالعه‌ي برخي ويژگي‌هاي منحصر به‌فرد و ناشناخته‌ي نور به ايجاد و توسعه‌ی حوزه‌ي نويني به‌نام لیزر منجر شد. نور هم‌دوس (coherent light) می تواند به روش‌هاي جديدي كه براي نور ناهم‌دوس (Incoherent light) غيرممكن است، هدایت، كانوني و منتشر شود. این ویژگی منحصر به فرد نور لیزر مخابرات فيبرنوري (fiber-optic communications) ، دیسک‌های فشرده (compact disks)، جراحی لیزری و دسته‌ای دیگر از کاربردها را ممکن ساخته است.
کاربردهای نور ناهم‌دوس (incoherent light) نیز به همین فراوانی است؛ سیستم‌های لیتوگرافی نوری (optical lithography) برای الگوسازی تراشه‌های کامپیوتری، میکروسکوپ‌هایی با قدرت تفکیک بالا (high-resolution)، اپتيك‌ انطباقي براي پژوهش‌هاي ستاره‌شناسي كه در زمين انجام مي‌شود و حس‌گرهای امواج فروسرخ برای همه چیز:از دستگاه کنترل از راه دور گرفته تا تجهیزات دید شب ( night-vision) و حتا منبع‌هاي نوري با بازده بالا.
اگرچه دانش اپتيك در زندگی كنوني ما نفوذ و تاثیر به‌سزايی دارد، نقش اصلی و ضروري آن توان‌مند كردن فناوري در سيستم‌هاي بزرگ‌تر است.

اپتيك و فناوری‌های نوری:
اپتيك (optics) رشته‌ای از دانش و مهندسي فناوري‌ها و پدیده‌های فیزیکی‌اي است که با تولید (generation)، ارسال (transmission)، دستکاری (manipulation)، ردیابی (detection)، و به‌کارگیری (utilization) نور مرتبط هستند.
سه پیش‌رفت بزرگ که در چهل سال اخير سبب پيش‌رفت‌هايي در اين زمينه‌شده‌اند:

•اختراع لیزر
•ساخت فیبرهای نوری با اتلاف کم
•معرفی دستگاه های نیمه رسانا

بر اساس اين ابداع‌ها، رشته‌های علمی زیر به‌وجود آمدند:

الكترواپتيك:Electro-optics عموماً به دستگاه‌های نوری که در آن‌ها پديده‌هاي الکتریکی نقش ایفا
می‌کنند اشاره دارد. (لیزر و تعدیل کننده‌های Electro-optic و سوئيچ‌ها)

اُپتوالكترونيك (Optoelectronics): نوعاً به دستگاه‌هايي اطلاق می شود که ذاتاً الكترونيكي هستند ولي نور هم در آن‌ها به نحوي دخيل است( به‌عنوان مثال مي‌توان دستگاه‌های ساطع کننده‌ی نور و آرايه‌هاي حس‌گر را نام برد).

Quantum electronics: در دستگاه‌هایی که اصول كاركرد آن‌ها به برهم‌كنش ميان نور و ماده مربوط است، استفاده می‌شود.

Quantum Optics: زمينه‌اي از دانش است كه ويژگي‌هاي هم‌دوس بودن و كوانتمي نور را توضیح می دهد.

Lightwave technology: برای توضیح دستگاه‌ها و سیستم‌ها در ارتباط نوری استفاده می شود.

تعریف فوتونیک و فناوری های نوری:
واژه‌ي فوتونیک در طي دهه‌ي اخير و به خاطر شباهت با واژه‌‌ي الکترونیک ابداع شده است.
همان‌گونه كه ازاين واژه برمي‌آيد اپتيك و الكترونيك (به‌ويژه بخشي از الكترونيك كه به نقش مواد نيمه‌رسانا در سيستم‌هاي نوري مي‌پردازد) در رشته‌ي فوتونيك ارتباطي تنگاتنگ دارند. همان‌طور كه مي‌دانيد الکترونیک با بارهای الكتريكی و فوتونیک با فوتون‌ها سروکار دارد.
اصطلاحات اپتیک (optics) و فوتونیک (photonics) تمايز واضحي از يك‌ديگر ندارند.

حوزه های پر اهمیت در آینده:
اپتيك (optics) در فناوری اطلاعات و مخابرات
•انتقال اطلاعات
•پردازش اطلاعات
•ذخیره ی نوری (optical storage)
•نمايش
اپتيك در مراقبت از سلامتی و علوم زندگی

•عمل جراحی و دارو
•ابزار برای زیست
•زيست‌فناوري
مشاهدات نوری، روشنایی و انرژی
•حس گرهای نوری و سیستم های تصویری
•روشنایی (روشنايي حالت جامد)
•حس گرهای نوری و روشنایی در حمل و نقل
•انرژی (سلول های خورشیدی)

اپتيك برای ارتش و نظام و کاربردهای نظارتی و مراقبتی
•نظارت و مراقبت
•دید شب
•فعالیت سیستم های لیزری در جو و فضا
•سیستم های فيبرنوري
•صفحه‌های رادار (Displays)

اپتيك (optics) در ساخت و تولید
•استفاده از نور برای كاربرد‌هاي صنعتی
•استفاده‌ی نور در علم اندازه‌گیری نوری (optical metrology) برای کنترل ساخت
•کاربردهای خاص صنعتی
•افزایش استفاده از اپتيك در ساخت

فناوری اطلاعات و مخابرات
فناوری اطلاعات طی دهه‌ی گذشته پيش‌رفت فوق‌العاده‌اي داشته است. به‌عنوان مثال، فیبر نوری برای مخابرات در سرتاسر جهان با نرخی برابر 1000 متر در ثانیه کار گذاشته شده است. درست 10 سال قبل، فقط 10 درصد از تمام تماس‌های تلفنی عبور‌کننده از سرتاسر ایالات متحده توسط کابل‌های فیبر نوری حمل می شد؛ در حالي كه اكنون بيش از 90 درصد خطوط انتقالي را فيبر نوري تشكيل مي‌دهد. براي برآورده كردن نيازهاي رايانه‌ها و مخابرات در 10 تا 20 سال آينده بايستي دانش فوتونيك براي انتقال، سوئيچ‌كردن، ذخيره‌ي داده ها و...راه‌حل‌هاي خوبي ارايه كند. در بسياري از اين زمينه‌ها توان بالقوه‌ي پيش‌رفت چشم‌گيري ديده مي‌شود. اگرچه برخي مؤسسه‌ها به اين رشد فزاينده در شبكه‌ي مخابرات پرسرعت جهاني دست یافته اند، هنوز زيرساختارهاي لازم براي فراهم كردن امكان دست‌رسي افراد( مصرف‌كننده‌هاي منفرد) به اين فناوري به‌وجود نيامده‌اند.

در پزشکی اپتيك گستره‌ي وسيعي از درمان‌های نوين را در اختيار پزشكان قرار مي‌دهد؛ اين گستره از جراحی لیزری قلب تا تشخیص زودرس سرطان سینه و مشاهده‌ی گلوکز بدون استفاده از سوزن برای افراد مبتلا به دیابت را در بر مي‌گيرد. اپتيك، ابزارهای پژوهشي‌ي زیستی نويني را برای تصويربرداري، سنجش، تجزیه و تحلیل و دست‌كاري فراهم کرده است. در زيست‌فناوری، وجود لیزرها در سیستم‌های توالي‌يابي sequencing) DNA) ضروری است. اپتيك چنان نقش مهمي در دانش حيات و پزشكي بازي مي‌كند كه سازمان‌هايي كه به اين رشته‌ها مربوط هستند بايد اين پيش‌رفت‌ها را بشناسند و خود را با آن سازگار كنند.
پژوهش‌هايي كه در حوزه ي منابع روشنایی و سیستم‌های پخش نور به کاهش شديد مصرف برق منجر شده‌بود، اكنون به روشنایی اختصاص داده شده است. حس‌گرهای نوري جدید در حال افزایش دادن دید بشر، نمایش جزئیات، آشکاركردن اطلاعاتی که هرگز پیش از این مشاهده نشده بودند، هستند: دوربین‌های فروسرخ که تصاویر ماهواره‌ای از الگوهای ابرها و هوا را فراهم می كند؛ میدان دید در شب برای استفاده از عوامل اجرای قانون؛ ردیاب‌های حرکتی فروسرخ برای امنیت منازل، کنترل فرایند‌هاي صنعتی بر خط (‌on-line)
دوربین های دیجیتالی با قدرت تفکیک بالا در شرف ایجاد تغییرات اساسی و کامپیوتری کردن عکاسی و چاپ هستند. احتمالاً پیش‌رفت در زمينه‌ي سلول‌های خورشيدي سبب خواهد شد در اواسط اين قرن نيمي از نياز انرژي در سراسر جهان توسط انرژي خورشيد فراهم شود. این پیش‌رفت‌ها بر مسئله‌ي انرژي و مسائل مربوط به آن در یک مقیاس بین المللی تأثیرخواهد گذاشت.
اپتيك تأثیر اقتصادی قابل توجهي در ساخت، به خصوص از ابتدای ورود لیزرهای قابل اعتماد، ارزان‌قیمت و سیستم تصویربرداری لیزری داشته‌است. امروزه حضور تکنیک‌های نوري در صنایع گوناگون مانند ساخت نیمه رساناها و تولید محصولات شیمیایی قطعی شده است.

سایر کاربردها موارد زیر را شامل می شود:
جوشکاری لیزری ، تولید مدل لیزری، تعمیر لیزری در صفحه‌هاي رادار نیمه رسانا، اعزام کاوش گر تشخیصی برای مشاهده و کنترل فرایندهای شیمیایی، علم اندازه‌گيري (metrology) و حتی سیستم های هدایت لیزری در ساخت تونل ها.
در محدوده ی کاربردهای نظامی، فناوری‌هاي نوري از اجزای ارزان قیمت تا سیستم های پیچیده و گران قيمت، در همه‌جا حضور دارند.
امروزه لیزرها در همه چیز، از هدف گیری و محدوده یابی تا کشتیرانی، مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

اپتيك رشته ای فوق العاده پویا و قوی است. کاربرد های متنوع آن ارتباطات مهمي در جامعه را باعث شده‌اند كه همان‌طور كه پيش از اين ديديم زمينه‌هايي مانند مخابرات، پزشكي، انرژي و كاربردهاي نظامي از جمله‌ي آن‌ها هستند.

چشم‌انداز آينده:
پيش‌رفت اپتيك در آینده زندگی ما را دست‌خوش تغيير خواهد كرد ، آن‌چنان كه حتا نمي‌توانيم آن را تصوركنيم. تقریباً در تمام حوزه‌هایی که بیان کردیم، انتظار می‌رود که علم اپتيك موجب تغییر در جهان شود. بی شک آینده، ما را شگفت زده خواهد کرد، اما اکنون چشم‌انداز روشني وجود دارد: در آينده‌اي نه چندان دورهمه‌ي نقاط جهان به‌وسيله‌ي شبكه‌ي مخابراتي پرسرعت فيبر نوري با يك‌ديگر مرتبط خواهند شد و پيش‌رفت‌ها در زمينه‌هاي مختلف دانش و فناوري اپتيك سبب توليد انبوه ابزارها وسيستم‌هاي نوري ارزان‌قيمت و باكيفيت بالا خواهند شد.
این منجر به رشد و پیشرفت ارتباطات پر‌سرعت داده‌های اینترنتی می شود. در مراقبت سلامتی، پیشرفت روش های نوری برای نظارت بر فرایندهای زيستس انساني تأثیر زيادی در تشخیص و درمان خواهد داشت.
بسیاری ازحوزه های تشخیصی و درمانی پزشکی ونيز پژوهش‌هاي زیست پزشکی (biomedical) و بالا بردن کیفیت زندگی نيز از تأثير پيش‌رفت‌هاي اپتيك به‌وفور بهره خواهند برد.اكنون خطر گرم‌شدن زمين و افزايش حجم گازهاي گل‌خانه‌اي در جو زمين بحراني جهاني به‌شمار مي‌آيد بنابراين ضروري است كه از انرژي عاقلانه تر استفاده کنیم. فناوری‌های بسیار کارآمد روشنايی (high efficient lighting technology) به طور چشم‌گيري انرژی لازم برای روشنایی را كاهش مي‌دهد. سلول های خورشیدی با تولید جريان الكتريكي از نور خورشید از وابستگی ما به سوخت های فسیلی خواهند كاست. در صنعت، حس گرهای نوری و تصويرگرهای فروسرخ انقلابي در کنترل فرایند ساخت و عمل آوری مواد خواهند داشت.
کارخانه‌ها حس‌گرهای نوری را به طور گسترده ای در ساخت همه چیز، از پارچه تا خودرو به کار خواهند گرفت. دوربین های دیجیتالی جایگزین فیلم عکاسی در چاپ و عکاسی خواهند شد. در صنعت الکترونیک که برای ساخت الگوهای مدار در تراشه‌ها به فوتولیتوگرافی وابسته است، تولید طرح‌هایی کوچک‌تر از 0.1 میکرومتر، نیاز به ابزارهای نوری دارند که از اشعه ی ایکس یا حداکثر نور فرابنفش استفاده می کنند.
اپتيك در کشف سلاح های شیمیایی و زیستی استفاده خواهد شد.
این حضور در همه جا و در آن واحد به دردسترس بودن سیستم‌های ارزان قیمت نوری وابسته است

نقش اپتيك در پژوهش‌ها که به‌سرعت در اکثر رشته های مربوط به علم و فناوری ظاهر مي‌شود, در آینده تنها به تصور ما محدود خواهد شد. سیستم های پرقدرت لیزری, امکان ساخت شتاب‌دهنده‌های ذرات را که در آن‌ها حد انرژی ذره در آزمایش‌هاي فیزیک ذرات افزایش يافته است، فراهم می کند. لیزرها, اتم های منفرد را در تله‌هاي نوري دست‌كاري خواهند کرد. آزمایش‌هاي تداخل سنج لیزر می تواند رازهای جاذبه‌ی زمین را حل کند. منابع اشعه یx ابزارهای جدیدی را برای فهم دینامیک مواد فراهم خواهد کرد و ...

ليزرهاي فيبري؛ اصول و جايگاه آنها در فتونيك

ليزرهاي فيبري آلائيده با يونهاي زميني نادرابتدا در سالهاي 1960 و پس از ارائه ليزرهاي ديودي توان بالا بصورت جدي تري در سالهاي 1985 مطرح گرديدند. اين ليزررها كاربردهاي فراواني را در بخشهاي متفاوتي از قبيل ارتباطات نوري؛ حسگري؛ پردازش مواد؛ پزشكي؛ و تحقيقاتي يافته اند. محصور شدگي اپتيكي؛ بواسطه وجود فيبر و خواص ليزري مناسب يونهاي زميني نادر؛ به عنوان ماده فعال ليزري؛ راندمان اين دسته از ليزرها را بسيار افزايش داده است. توان استانه اين ليزرها ميتواند بسيار پائين؛ در حد صد ميكرو وات؛ باشد و خروجي اين ليزرها تا حد چندين كيلو وات نيز گزارش شده است. گذارهاي ليزري متفاوت موجود در يونهاي زميني نادر بانها توانائي ايجاد خروجي در يك بازه وسيع؛ از ماورائ بنفش تا مادون قرمز وسط را مي دهد. اين ليزرها بعنوان يك جايگزين جدي براي ليزرهاي حالت جامد معمولي مطرح ميباشند. از جمله دلايل اين جايگزيني ميتوان به راندمان بسيار بالاتر؛ حجم و وزن كمتر؛ و قيمت پائين تر اين سيستمها اشاره نمود. هم چنين اين ليزرها در برخي بخشها با ليزرهاي نيمه هادي رقابت مي كنند. در اين ليزرها ماده فعال بصورت ناخالصي در درون يك فيبر آلائيده شده است. اين آلائيدگي ميتواند در مغزه و يا در غلاف فيبر قرار گيرد. از جمله مواد مورد استفاده بعنوان ماده فعال ليزري در ليزرهاي فيبري ميتوان از نئوديميوم؛ اربيوم؛ و ايتربيوم را نام برد.

پژوهشكده ليزر؛ دانشگاه شهيد بهشتي

دانشمندان انگلیسی ادعا کرده اند که فناوری لیزری جدیدی ساخته اند که می تواند بمب های مخفی را شناسایی کند. این فناوری جدید می تواند با شناسایی مین های زمینی و بمب های کنار جاده، امنیت فرودگاه ها را ارتقا بخشد.

به گزارش بی بی سی، یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه سن آندریاس با پمپاژ کردن نوعی پلاستیک به نام پلی فلوئورن با فوتون هایی از یک منبع نوری دیگر، یک لیزر خاص طراحی کرده اند. آن ها متوجه شدند این لیزر می تواند نسبت به بخار حاصل از تجهیزات انفجاری مانند تی.ان.تی ها واکنش نشان دهد. نتیجه این تحقیقات در نشریه مواد عملیاتی پیشرفته به چاپ رسیده است.

گراهام ترنبال، فیزیک دان دانشگاه سنت آندریاس و از نویسندگان این تحقیق توضیح می دهد که محققان، مکانیسمی ساخته اند که می تواند مولکول هایی مشابه با تی.ان.تی را که معمولا در مواد انفجاری استفاده می شود و با غلظت بسیار پایین یعنی 10 قطعه در هر یک میلیارد قرار دارند، شناسایی کند.

در بالای مین های زمینی عراق یا افغانستان، این ابر بخار در شکلی بسیار ضعیف و رقیق از مولکول های انفجاری قرار دارد که بمب از آن ساخته شده است. تعداد بسیار کمی از این مولکول های مشابه با تی.ان.تی در تماس با فیلم های پلاستیکی قرار می گیرند که این لیزر ها از آن ساخته شده اند. این مولکول ها با مولکول های تولید کننده نور در لیزر واکنش داده و تولید نور را متوقف می کنند.

این واکنش بین مولکول های تی.ان.تی و زنجیره پلیمری، روش کاملا جدیدی را برای متوقف کردن عملکرد لیزر فراهم می کند که از آن می توان برای شناسایی بمب ها استفاده کرد.

ایفور ساموئل، از همکاران دکتر ترنبال و یکی دیگر از نویسندگان این تحقیق گفت: «این مکانیسم می تواند هر نوع وسیله انفجاری را از جمله بمب های کنار جاده ای که به یکی از مشکلات عمده در جنگ عراق و افغانستان تبدیل شده است، شناسایی کند. این فناوری بسیار مهم است، چرا که ساخت پلیمرهای لیزری که از پلاستیک تولید می شوند، بسیار ساده است و این یکی از خصوصیات جدیدی است که لیزر می تواند داشته باشد».

البته این تکنیک قبلا هم مورد توجه قرار گرفته بود، اما این اولین بار است که محققان از پلاستیک لیزری استفاده کرده اند. با کمک این فناوری می توان غلظت های بسیار پایینی از بخارهای انفجاری را شناسایی کرد.

دانشمندان معتقدند یکی از روش های استفاده از این لیزر می تواند در علم روباتیک باشد. شاید ابزار هدایت از راه دور بتوانند در یک میدان مین حرکت کرده و با شناسایی بخارهای انفجاری، موقعیت بمب ها را به طور دقیق مشخص کنند. از آن مهم تر می توان از این فناوری برای ساخت بینی های مصنوعی برای سگ های روباتیک استفاده کرد.

علاوه بر آن استفاده از این روش جدید امنیت فرودگاه ها را به طور قابل توجهی افزیش می دهد. این دستگاه می تواند بخارهای انفجاری را که از چمدان های مسافران متصاعد می شود، تشخیص دهد.

از دیگر ویژگی های این فناوری جدید هزینه نسبتا پایین ساخت آن است، چرا که پلی فلوئورن به طور گسترده در دسترس همگان قرار دارد

لیزر و اپتیک

پراش نور

ابيراهي در عدسي

انواع ابيراهي

ابيراهي رنگي

ابيراهي تكفام

انواع ابيراهي نور تكفام

ابيراهي كروي

ابيراهي كما

ابيراهي آستيگماتيسم

انحناي ميدان

ابيراهي اعوجاج يا واپيچش نور

كنترل و بهينه ‌سازي ابيراهي‌ها در دستگاههاي نوري

فيبر نوري

توليد اشعه X با نوار چسب

ريزترين آيينه جهان ساخته مي‌شود

اشعه کاتدی چیست؟

نور و آينه ها

پرتوهای رنگی به نانوذرات شکل می‌دهند

سرنوشت اينگونه به در مي كوبد ...

انواع تلسکوپ

نجوم آماتوری راهگشایی برای استفاده از تلسکوپ

تلسکوپ شکستی

تلسکوپ بازتابی

تلسکوپ رادیویی

تلسکوپ اشعه ایکس

بررسی تجربی قوانین اسنل

مقدمه

تئوری آزمایش

قوانین شکست نور (قوانین اسنل - دکارت)

تحقیق تجربی قانون دوم شکست نور

وسایل لازم

شرح آزمایش

نتایج آزمایش

سوالات

سیزر، لیزری از جنس صدا

فوتونيك

ليزرهاي فيبري؛ اصول و جايگاه آنها در فتونيك

استفاده از لیزر برای شناسایی بمب‌های مخفي

نوشته‌های پیشین