Ljusinteraktioner

Ljusinteraktioner avser hur elektromagnetisk strålning, det vill säga ljus, samverkar med materia. Begreppet omfattar hur ljus ändrar riktning eller energi när det möter vätskor, fasta ämnen, ytor och nanostrukturer, samt hur energi överförs mellan ljuset och materia.

I grundläggande optik uppträder ljusets interaktion genom processer som reflektion, brytning, absorption, spridning och transmission. Reflektion är att ljus studsar tillbaka från en yta. Brytning är förändringen i ljusets riktning när det passerar mellan material med olika optiska tätheter. Absorption innebär att fotoner tas upp av materia och energi omvandlas. Spridning uppstår när ljus träffar partiklar eller ojämnheter och sprids i olika riktningar. Transmission är ljus som passerar genom materialet.

Ljus uppträder som både våg och partikel. Vågnaturen ger upphov till interferens och diffraktion, medan polarisation beskriver riktningen hos det elektriska fältets svängning. Material kan också vara anisotropa och visa birefringens egenskaper.

På molekyl- och nanoskala kan ljus utlösa elektroniska övergångar, vilket leder till emission av ljus (fluorescens och fosforescens). Spridning och Raman-processer bidrar också till ljusets spektra. I nanosystem kan ljus framkalla plasmoniska resonanser och exciton-polaritoner, vilket stärker ljus-materiakopplingen.

Modellerna för ljusinteraktion bygger på Maxwells ekvationer och materialparametrar som refraktionsindex och absorptionskoefficienten. Beers lag beskriver hur ljusintensiteten minskar i ett absorberande medium. Användningar av kunskapen om ljusinteraktioner finns i optiska komponenter som linser och beläggningar, sensorer, solceller, bildteknik och kommunikation.