Lysinteraksjoner

Lysinteraksjoner beskriver hvordan lys oppfører seg når det møter materie. Lys er elektromagnetisk stråling og kan oppføre seg som både bølger og fotoner. Avhengig av bølgelengde og materiale finner man refleksjon, refraksjon og transmisjon. Refleksjon skjer når lys treffer en grenseflate og reflekteres tilbake i mediet. Refraksjon oppstår når lys passerer mellom medier med ulik brytningsindeks, og strålen bøyes i samsvar med Snells lov. Absorpsjon innebærer at energi tas opp av materialet og ofte omdannes til varme eller deltar i kjemiske reaksjoner. Spredning skjer når lys blir avbøyd i ulike retninger av partikler eller anisotropi i mediet; Rayleigh-spredning forklarer blå himmel og Mie-spredning forekommer ved større partikler og bidrar til hvite skyer og røyk.

Interferens og diffraksjon oppstår når lysbølger møtes eller passerer gjennom smale åpninger, noe som gir mønstre av konstruktiv og destruktiv interferens. Polarisation beskriver orienteringen av lysbølgens elektriske felt og kan påvirkes av grenseflater og materie.

Ved mikroskopisk nivå består interaksjonene av fotoner som absorberes eller spres av atomer og molekyler. Absorpsjon skjer når fotons energi tilsvarer elektroniske eller vibrasjonelle overganger; emisjon kan følge. Spredning kan være elastisk (ingen energi endres) eller inelastisk (energien endres, som i Raman- eller fluorescensprosesser). Materialegenskaper som brytningsindeks n(λ), absorpsjonsspekter og graden av anisotropi bestemmer hvilke interaksjoner som dominerer ved en gitt bølgelengde.

Lysinteraksjoner har stor betydning i teknologi og natur: optiske linser og fibre er basert på refraksjon og spredning; solceller og fotosyntese utnytter absorpsjon; spektroskopi og billeddannelse utnytter karakteristiske mønstre fra interferens, refleksjon og spredning. Atmosfæren framkaller karakteristiske lysfenomener gjennom Rayleigh- og Mie-spredning.