تحقیق درمورد پدیده های نوری

مقدمه

نور دارای تعریف دقیقی نیست، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را توجیه می‌کنند.

نظریه ماکسول درباره انتشار نور بحث می‌کند در حالیکه نظریه کوانتومی بر هم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌دهد ازآمیختن این دو نظریه ،نظریه جامعی که الکترودینامیک کوانتومی نام دارد،شکل می‌گیرد.

ماهیت‌های متفاوت نور چیست

ماهیت ذره‌ای چیست

ایزاک نیوتن در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌شوند که این امر را قانون می‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است.

ماهیت موجی نور

هم‌زمان با نیوتن، کریستیان هویگنس (Christiaan Huygens) (۱۶۹۵-۱۶۲۹)طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی اند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع.

واژه لیزر از سر کلمه‌های انگلیسی در عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation به معنی «تقویت نور به روش گسیل القایی تابش» است.

لیزر به وسیله‌ای گفته می‌شود که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کنند. این دستگاه از ماده‌ای جمع کننده یا فعال کنده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرزی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند.

مبانی نظری لیزر را آلبرت انیشتین در سال ۱۹۱۶ میلادی طی مقاله‌ای مطرح کرد٫ ولی سال‌های نسبتاً زیادی طول کشید تا صنعت و فناوری امکان ساخت نخستین لیزر را فراهم کند. در سال ۱۹۵۳ چارلز تاونز میزر (تقویت‌کننده موج میکروویو) را اختراع کرد و می‌خواست آزمایش‌های خود را حول جایگزینی نور مرئی به جای فروسرخ ادامه دهد و هم‌زمان این امر بین آزمایشگاه‌های گوناگون در سراسر جهان به عنوان رقابتی جدی در نظر گرفته شد که عبارت لیزر در همان زمان در مقاله‌ای از گوردون هولد، دانشجوی دکترای دانشگاه کلمبیا، پیشنهاد شد و در سال ۱۹۶۰ نخستین لیزر (که با موفقیت کار کرد) توسط تئودور میمن (Theodore H. Maiman) ساخته شد. و نخستین لیزر گازی(با استفاده از هلیوم و نئون) هم توسط علی جوان فیزیکدان ایرانی در همان ۱۹۶۰ ساخته شد. نخستین بار طرح اولیه لیزر (میزر) توسط انیشتن داده شد،کار لیزر به این گونه‌است که با تابش یک فوتون به یک ذره (اتم یا مولکول یا یون)برانگیخته یک فوتون دیگر نیز آزاد می‌شود که این دو فوتون با هم، هم فرکانس می‌باشند در صورت ادامه این روند تعداد فوتونها افزایش می‌یابند که می‌توانند باریکه‌ای از فوتونها را به وجود بیاورند.

موج و ذره

اساسا در جهان دو نوع رفتار قابل مشاهده است:رفتار موجی و رفتار ذره ای.هنگامی رفتاری مانند ذره مشاهده میشود كه جرم و انرژی هر دو با هم منتقل شوند. به عبارت دیگر هنگام جابجایی،هر دو در یك جسم یا ذره مستقر باشند. یك توپ در حال حركت چنین رفتاری دارد. در حالی كه در رفتار شبیه موج، با حركت جسم یا ذره جرم جابه جا نمیشود بلكه انرژی به تنهایی آن هم در همه ی جهات انتقال می یابد. برای مثال برآمدگی های سطح آب دریا موج هستند و بدون آنكه آب جابه جا شود،انرژی به ساحل انتقال میابد. مطالعه ی خواص نور نشان داد كه هر دو نوع رفتار را میتوان یك جا انتظار داشت.

امروزه میدانیم كه نور رفتاری دوگانه دارد، در عین حال كه موج است و پدیده هایی چون تداخل و پراش را از خود نشان میدهد، خود از فوتون تشكیل شده است. چشمهای الكترونیكی از جمله دستگاههایی هستند كه بر اساس خاصیت ذره ای نور ساخته شده اند. در این دستگاهها كه بیشتر مانند بك كلید برق عمل میكنند، با برخورد فوتونهای نور با الكترونهای موجود روی سطح فلز موجود در آنها ، جریان الكتریكی در مدار برقرار میشود.

گسترش مفهوم دوگانگی موج-ذره به ماده ، توسط لویی دوبروی فیزیك دان فرانسوی انجام شد. وی به الكترون كه ذره ای بودن آن قبلا اثبات شده بود ، طول موجی نسبت داد. شواهد گوناگونی وجود دارد كه درستی دیدگاه دوبروی را ثابت میكند. میكروسكوپ الكترونی بر مبنای این رفتار الكترون طراحی شده است. با كمك این دستگاه می توان تصاویر بسیار دقیقی از اجسام بسیار كوچكی كه مشاهده ی آنها با میكروسكوپ های نور آن هم با این جزییات امكان ندارد.(همانطور كه میدانید نوری كه ما را قادر به دیدن میكند طول موجی بین 400 تا 700 نانو متر دارد. اساسا هنگامی می توان از یك جسم تصویر برداشت كه ابعاد ان جسم از نصف كمترین طول موج قابل رویت كمتر نباشد. بنا براین با نور مریی حداكثر اجسامی قابل دیدن هستند كه ابعاد آنها از 200 نانو متر بیشتر باشد.)

طول موجی را كه دوبروی به الكترون نسبت داده است با سرعت حركت آن رابطه ی وارونه دارد. به عبارت دیگر هرچه الكترون سریعتر حركت كند طول موج ان كوتاهتر خواهد بود.

بنابراین با تنظیم سرعت حركت الكترونها می توان طول موج آنها را تغییر داد. موج الكترونی امكان تصویر برداری از اجسامی با ابعاد نانو متر را برای ما فراهم كرده است. در سال 1986 با طراحی و ساخت میكروسكوپ های تونل زنی پیمایشی نسل تازه ای از میكروسكوپ های الكترونی متولد شد. این میكروسكوپ ها به كمك رایانه ضمن بالا بردن كیفیت تصاویر، به دانشمندان این امكان را داد كه بتوانند از اتم ها و مولكولها عكس تكی بگیرند.