אופטיקה (Optics) – מילון מונחים

אופטיקה הוא הענף של הפיסיקה העוסק בתופעות הקשורות באור. האור הנראה לעין הוא גל אלקטרומגנטי בתחום אורכי הגל שבין 0.4 ל-0.7 אלפיות המילימטר, או בין 400 ל-700 נָנוֹ-מטר (1 נָנוֹ-מטר = 10^-9 מטר). בקצה של אורכי הגל הקצרים האור הוא בצבע סגול ובקצה של אורכי הגל הארוכים – בצבע אדום, בין שני הקצוות נמצאים שאר צבעי הקשת לפי סדרם.
כשאור פוגע בעצמים או בפתחים שממדיהם גדולים ביחס לאורך הגל אפשר לתאר את האור, בקירוב טוב, כאילו הוא נע בקווים ישרים הנקראים קרני אור. כאשר האור פוגע בעצמים או בפתחים שגודלם הוא מסדר גודל של אורך הגל, מופיעות תופעות של התאבכות ועקיפה הנובעות מאופיו הגלי של האור. לכן נהוג לחלק את האופטיקה לשני חלקים עיקריים:

1. אופטיקה גיאומטרית שבה מתייחסים אל האור כאילו הוא נע בקווים ישרים.
2. אופטיקה פיסיקלית המטפלת בתופעות, כמו התאבכות, עקיפה וקיטוב, שבהן ניכר אופיו הגלי של האור.

בבסיס האופטיקה הגיאומטרית עומדים חוקי ההחזרה והשבירה של סְנֶל. חוק ההחזרה קובע כי כאשר קרן אור פוגעת במשטח מחזיר, כגון מראה, זווית הפגיעה (הזווית בין הקרן, לבין האנך למשטח) שווה לזווית ההחזרה. חוק השבירה קובע כי כאשר קרן אור עוברת מחומר אחד לאחר (למשל מאוויר לזכוכית) שביניהם יש משטח גבול ישר, היחס בין הסינוסים של זווית הפגיעה וזווית השבירה, שווה ליחס בין מהירויות האור בשני החומרים.
בעזרת חוקי סנל אפשר לחשב את מסלוליהן של קרני אור הפוגעות במראות, מנסרות ועדשות, ולתכנן מכשירים אופטיים כגון מיקרוסקופים, טלסקופים ומצלמות. יש מכשירים אופטיים, כגון מכשיר למדידת אורכי גל של אור המכונה ספקטרומטר-סריג, המבוססים על האופטיקה הפיסיקלית.

האופטיקה הגיאומטרית מסבירה גם את תופעת הראייה. כשאנו מסתכלים על עצם כלשהו, קרני האור שמוחזרות מאותו עצם פוגעות בעדשה שמאחורי אישון העין, ויוצרות תמונה של העצם על הרשתית, שמכילה תאי עצב הרגישים לאור. התאים הללו שולחים דחפים חשמליים אל מרכז הראייה במוח, המשחזר את תמונת העצם.

בתחילת המאה ה-20 התגלה כי למרות האופי הגלי הברור של האור, יש תופעות שבהן האור מתנהג כזרם של חלקיקים בדידים הנקראים פוטונים. תגלית זו סימנה את תחילת התפתחותה של תורת הקוונטים. במאה העשרים התפתח ענף חדש של האופטיקה המכונה אלקטרואופטיקה והעוסק בלייזרים, סיבים אופטיים ותקשורת אופטית.