optiikka

Optiikka on fysiikan ala, joka tutkii valon ominaisuuksia ja vuorovaikutuksia aineen kanssa sekä valon havaitsemista ja hyödyntämistä teknisissä sovelluksissa. Se kattaa geometrisen optiikan, jossa valon kulku tarkastellaan säteinä linssien ja peilien avulla, sekä fyysisen ja kvanttioptikan ilmiöt, joissa tarkastellaan valon aalto- ja hiukkaspuolia.

Keskeisiä ilmiöitä ovat heijastuminen, taittuminen, hajonta, interferenssi ja polarisaatio. Näitä kuvataan esimerkiksi Snellin lailla, Fresnelin yhtälöillä ja Fermat’n periaatteella, joiden avulla voidaan suunnitella ja analysoida optisia järjestelmiä.

Historiallisesti optiikka kehittyi antiikista ja islamilaisesta maailmasta; Ibn al-Haytham (Alhazen) korosti kokeellista menetelmää. 17.–18. vuosisadalla Newton ja Huygens tarjosivat molemmat kuvausvalon luonteesta. Maxwellin sähkömagneettinen teoria (19. vuosisata) yhdisti valon elektromagneettiseksi säteilyksi. 20. vuosisadalla kvanttioptiikka ja fotonikka avasivat uuden teknologian alueen.

Alat ja teknologiat: geometrinen optiikka kattaa linssien ja peilien suunnittelun sekä näköjärjestelmien peruslaskelmat; fysikaalinen optiikka käsittelee diffraktiota, interferenssiä ja polarisaatiota; kvanttioptiikka tutkii valon kvanttina ilmiöitä. Mittausmenetelmät: interferometrian ja spektroskopian sekä fotonisten mittausmenetelmien perusperiaatteet. Tärkeimmät teknologiat ovat laserit, optiset kuidut, antireflektiiviset pinnoitteet sekä kuvantamisteknologiat.

Sovelluksia ovat muun muassa valokuvauksen ja kuvausjärjestelmien kehittäminen, lääketieteellinen kuvantaminen, astronomy, viestintä kuitujen kautta sekä monia teollisia mittaus- ja laadunvalvontakäytäntöjä.