| 11652078 12288 3054 948 1я регистрации излучения, но и как устройства, преобразующие лучистую энергию Солнца в электроэнергию для питания электро-, радио- и др. аппаратуры (т. н. солнечные батареи). Фотохимлч. процессы лежат в основе фотографии и изучаются в спец. области, пограничной между химией и О.,- фотохимии. Помимо исследования процессов внутри- и межмолекулярной передачи энергии, фотохимия уделяет большое внимание преобразованию и запасанию световой (напр., солнечной) энергии и изменению оптич. свойств веществ под действием света (ф о т о х р о м и я). На основе фотохромных материалов разрабатываются новые системы записи и хранения информации для нужд вычислит, техники и созданы защитные светофильтры с автоматическим увеличением поглощения света при возрастании его интенсивности. Получение мощных потоков монохроматич. лазерного излучения с разными длинами волн открыло пути к разработке оптич. методов разделения изотопов и стимулирования направленного протекания химич. реакций, позволило О. найти новые, нетрадиционные применения в биофизике (воздействие лазерных световых потоков на биологич. объекты на молекулярном уровне) и медицине (см. Лазерное излучение). В технике использование лазеров привело к появлению оптич. методов обработки материалов (см. Лазерная технология). Благодаря возможности с помощью лазеров концентрировать на площадках с линейными размерами порядка десятков микрон большие мощности излучения, интенсивно развивается оптич. метод получения высокотемпературной плазмы с целью осуществления управляемого термоядерного синтеза.
Успехи О. стимулировали развитие оптоэлектроники. Первоначально она понималась как замена электронных элементов в счётно-решающих и др. устройствах оптическими. Затем (к концу 60 - нач. 70-х гг. 20 в.) стали разрабатываться принципиально новые подходы к решению задач вычислительной техники и обработки информации, исходящие из принципов голографии, и предлагаться новые технич. решения, основанные на применении микрооптич. устройств (интегральная О.). С появлением лазеров новое развитие получили оптич. далыюмерия (см. Светодалъномер, Электрооптический дальномер), оптическая локация и оптическая связь. В них широко используются элементы управления световым лучом электрическими сигналами (см. Модуляция света). Принципы действия мн. из этих элементов основаны на изменении характера поляризации света при его прохождении через электро- или магнито-активные среды (см. Магнитооптика, Керра эффект, Поккельса эффект, Фарадея эффект, Электрооптика). Оптич. дальномеры применяются в геодезич. практике, при строительных работах, в качестве высотомеров и пр. Методами оптич. локации было уточнено расстояние до Луны, ведётся слежение за искусственными спутниками Земли по линиям лазерной оптич. связи осуществляются телефонные переговоры и передаются изображения. Создание световодов с малым затуханием повлекло за собой разработки систем кабельной оптич. видеосвязи.
Практически нет ни одной области науки или техники, в к-рой не использовались бы оптические методы, а во многих из них О. играет определяющую роль.
Исторический очерк. О.- одна из древнейших наук, тесно связанная с потребностями практики на всех этапах своего развития. Прямолинейность распространения света была известна народам Месопотамии за 5 тыс. лет до н. э. и использовалась в Др. Египте при строит, работах. Пифагор в 6 в. до н. э. высказал близкую к современной точку зрения, что тела становятся видимыми благодаря испускаемым ими частицам. Аристотель (4 в. до н. э.) полагал, что свет есть возбуждение среды, находящейся между объектом и глазом. Он занимался атмосферной О. и считал причиной появления радуг отражение света каплями воды. В том же веке в школе Платона были сформулированы два важнейших закона геометрич. О.- прямолинейность лучей света и равенство углов их падения и отражения. Евклид (3 в. до н. э.) в трактатах по О. рассматривал возникновение изображений при отражении от зеркал. Главный вклад греков, явившийся первым шагом в развитии О. как науки, состоит не в их гипотезах о природе света, а в том, что они нашли законы его прямолинейного распространения и отражения (к а т о п т р и к а) и умели ими пользоваться.
Второй важный шаг состоял в понимании законов преломления света {диоптрика) и был сделан лишь много веков спустя. Диоптрич. опыты описывались Евклидом и Клеомедом (1 в. н. э.), о применении стеклянных шаров как зажигательных линз упоминали Аристофан (ок. 400 до н. э.) и Плиний Старший (1 в. н. э.), а обширные сведения о преломлении были изложены Птолемеем (130 н. э.); важность этого вопроса тогда состояла гл. обр. в его непосредств. связи с точностью астрономич. наблюдений. Однако законы преломления не удалось установить ни Птолемею, ни араб, учёному Ибн аль-Хайсаму, написавшему в 11 в. знаменитый трактат по О., ни даже Г. Галилею и И. Кеплеру. Вместе с тем в ср. века уже хорошо были известны эмпирич. правила построения изображений, даваемых линзами, и начало развиваться искусство изготовления линз. В 13 в. появились очки. По нек-рым данным, ок. 1590 3. Янсен (Нидерланды) построил первый двухлинзовый микроскоп. Первые же наблюдения с помощью телескопа, изобретённого Галилеем в 1609, принесли ряд замечат. астрономич. открытий. Однако точные законы преломления света были экспериментально установлены лишь ок. 1620 В. Снеллиусом (см. Снелля закон преломления) и Р. Декартом, изложившим их в "Диоптрике" (1637). Этим (и последующей формулировкой Ферма принципа) был завершён фундамент построения и практич. использования геометрич. О.
Дальнейшее развитие О. связано с открытиями дифракции и интерференции света (Ф. Гримальди; публикация 1665) и двойного лучепреломления (дат. учёный Э. Бартолин, 1669), не поддающихся истолкованию в рамках геометрич. О., и с именами И. Ньютона, Р. Гука и X. Гюйгенса. Ньютон обращал большое внимание на периодичность световых явлений и допускал возможность волновой их интерпретации, но отдавал предпочтение корпускулярной концепции света, считая его потоком частиц, действующих на эфир (этот термин для обозначения наделённой механич. свойствами среды - переносчика света ввёл Декарт) и вызывающих в нём колебания. Движением световых частиц через эфир переменной (вследствие колебаний) плотности и их взаимодействием с материальными телами, по Ньютону, обусловлены преломление и отражение света, цвета тонких плёнок, дифракция света и его дисперсия (Ньютоном же впервые подробно изученная). Ньютон не считал возможным рассматривать свет как колебания самого эфира, т. к. в то время на этом пути не удавалось удовлетворительно объяснить прямолинейность световых лучей и поляризацию света (впервые осознанную именно Ньютоном, хотя и следовавшую из классич. опытов Гюйгенса по двойному лучепреломлению). Согласно Ньютону, поляризация - "изначальное" свойство света, объясняемое определённой ориентацией световых частиц по отношению к образуемому ими лучу.
Гюйгенс, следуя идеям Леонардо да Винчи и развивая работы Гримальди и Гука, исходил из аналогии между многими акустич. и оптич. явлениями. Он полагал, что световое возбуждение есть импульсы упругих колебаний эфира, распространяющиеся с большой, но конечной скоростью (Кеплер и Декарт считали скорость света бесконечной, Ньютон и Гук - конечной; впервые её величину экспериментально определил в 1676 О. Рёмер, см. Скорость света). Наибольшим вкладом Гюйгенса в О., не потерявшим ценности до сих пор, является Гюйгенса - Френеля принцип, согласно к-рому каждая точка фронта волнового возбуждения может рассматриваться как источник вторичных (сфсрич.) волн; огивоющая (поверхность) вторичных волн представляет собой фронт реальной распространяющейся волны в последующие моменты времени. Опираясь на этот принцип, Гюйгенс дал волновое истолкование законов отражения и преломления. Из его теории следовало правильное выражение для показателя преломления: n21 = v1/v2 (где v1 и v2 - скорости света в 1-й и 2-й средах), в то время как у Ньютона (и Гука) получалось обратное (не соответствующее действительности) отношение v2/v1. Гюйгенс объяснил также двойное лучепреломление. Говоря о световых волнах, Гюйгенс не придавал им буквального смысла и не пользовался понятием длины волны. Он игнорировал явление дифракции, считая, что свет распространяется прямолинейно даже через сколь угодно малое отверстие, и не рассматривал поляризацию света. Не упоминает он и об описанных в 1675 Ньютона кольцах - интерференционном эффекте, прямо свидетельствовавшем о периодичности световых колебаний, а не об их импульсном, как он полагал, характере. Т. о., сформулировав фундаментальный принцип волновой О., Гюйгенс не разработал последоват. волновую теорию света, к-рая выдержала бы противопоставление воззрениям Ньютона. По этой причине и вследствие большого научного авторитета Ньютона корпускулярная "теория истечения" последнего (её приверженцы придали ей категоричность, не свойственную высказываниям самого Ньютона) сохраняла гоо подствующее положение в О. до нач. 19 в., хотя нек-рые крупные учёные, напр. Л. Эйлер и М. В. Ломоносов, отдавали предпочтение волновым представлениям о природе света. Путь к победе волновой О. открыли работы Т. Юнга и О. Френеля. В 1801 Юнг сформулировал принцип интерференции, позволивший ему объяснить цвета тонких плёнок (см. Полосы равной толщины) и послуживший основой для понимания всех интерференционных явлений. Опираясь на этот принцип, Френель по-новому истолковал принцип Гюйгенса и не только дал удовлетворит, волновое объяснение прямолинейности распространения света, но и объяснил многочисл. дифракционные явления. В опытах Френеля и Д. Араго было установлено, что волны, поляризованные перпендикулярно друг другу, не интерферируют; это дало основания Юнгу и (независимо) Френелю высказать существенно важную идею о поперечности световых колебаний, исходя из к-рой Френель построил волновую теорию кристаллооптич. явлений. Т. о., все известные к тому времени оптич. явления получили волновую интерпретацию. Однако и в этом "триумфальном шествии" были трудности, т. к. детальная разработка представлений о свете, как поперечных упругих колебаниях эфира, приводила к необходимости искусств, теоретич. построений (так, эфир приходилось наделять свойствами твёрдого тела, в к-ром, тем не менее, могли свободно перемещаться тела). Эти трудности были радикально разрешены лишь при последоват. развитии учения Дж. К. Максвелла об электромагнитном поле. Максвелл, исходя из открытий М. Фарадея, пришёл к выводу, что свет представляет собой не упругие, а электромагнитные волны. Позже, в нач. 20 в. выяснилось, что для их распространения не нужен эфир.
Первым указанием на непосредств. связь электромагнетизма с О. было открытие Фарадеем (1846) вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (Фарадея эффекта). Далее было установлено, что отношение электромагнитной и электростатич. единиц силы тока по абс. величине и размерности совпадает со скоростью света с (В. Вебер и Ф. Колърауш, 1856). Максвелл теоретически показал, а Г. Герц в 1888 подтвердил экспериментально, что изменения электромагнитного поля распространяются в вакууме именно с этой скоростью. В прозрачной среде скорость света v = с/n = с/корень из (en), т. е. определяется диэлектрич. и магнитной проницаемостями среды. Вначале не удавалось объяснить в рамках электромагнитной теории известные к тому времени зависимости показателя преломления п от длины волны Л излучения, используя взятые из опыта значения е и д. Со времён Ньютона была известна нормальная дисперсия - возрастание п с уменьшением Л. С позиций упругой волновой теории света она была объяснена Френелем и О. Коши. Но в 1862 франц. физик Ф. Леру обнаружил участок дисперсионной кривой, на к-ром п увеличивался с ростом Л. Впоследствии А. Кундт показал, что такая (аномальная) дисперсия свойственна очень мн. веществам и связана с поглощением ими света. Возникло представление о веществе как совокупности упругих осцилляторов (резонаторов), с к-рыми взаимодействует свет (В. Зельмейер, 1872). Развивая эту идею и рассматривая влияние вынужденных колебаний осцилляторов под действием света на скорость его распространения, Г. Гелъмгольц (1874) дал полную теорию дисперсии в рамках ч упругой" теории света. В 90-х гг. 19 в. П. Друде, Гельмгольц и в особенности X. Лоренц при по |
