Izvorni kod stranice Optika

[[Datoteka:Light dispersion of a mercury-vapor lamp with a flint glass prism IPNr°0125.jpg|mini|desno|250px|Između ostalog, optika proučava i [[disperzija (optika)|disperziju]] svjetlosti.]]
'''Optika''' je grana [[fizika|fizike]] koja proučava ponašanje i osobine [[svjetlost]]i, uključujući njene interakcije s [[materija|materijom]], a bavi se i konstrukcijom [[optički instrument|instrumenata]] koji se koriste svjetlošću ili je [[fotodetektor|otkrivaju]].<ref name=McGrawHill>{{cite book|title=McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology|edition=5.|publisher=McGraw-Hill|year=1993}}</ref> Obično opisuje ponašanje vidljive, [[ultraljubičasto zračenje|ultraljubičaste]] i [[infracrveno zračenje|infracrvene]] svjetlosti. Zbog toga što je svjetlost [[elektromagnetno zračenje|elektromagnetni talas]], ostali oblici elektromagnetnog zračenja, kao što su [[rendgensko zračenje|rendgensko]] i [[mikrotalas|mikrotalasno zračenje]] i [[radiotalas]]i, ispoljavaju slične osobine.<ref name=McGrawHill/>

Većina optičkih fenomena objašnjava se pomoću [[elektrodinamika|elektrodinamičkog]] opisa svjetlosti. Međutim, potpune elektromagnetne opise svjetlosti često je teško primijeniti u praksi. Praktična optika obično se koristi pojednostavljenim modelima. Najčešći od njih, [[geometrijska optika]], tretira svjetlost kao zbir [[zraka (optika)|zraka]] koje se kreću pravolinijski, a lome se kad prolaze kroz nešto ili kad se odbijaju od površina. [[Talasna optika]] obuhvatniji je model svjetlosti, koji uključuje [[talas]]ne efekte poput [[difrakcija|difrakcije]] i [[interferencija talasa|interferencije]], koji ne mogu biti objašnjeni geometrijskom optikom. Historijski, model svjetlosti zasnovan na zrakama razvijen je prvi, a uslijedio je talasni model. Napredak u elektromagnetnoj teoriji u 19. stoljeću doveo je do otkrića da su svjetlosni talasi zapravo elektromagnetno zračenje.

Neki fenomeni zavise od činjenice da svjetlost istovremeno ima [[talasno-čestični dualizam|osobine talasa i osobine čestice]]. Objašnjenje za ove efekte zahtijeva upotrebu [[kvantna mehanika|kvantne mehanike]]. Kad se posmatraju čestične osobine svjetlosti, svjetlost se predstavlja kao zbir čestica zvanih "[[foton]]i". [[Kvantna optika]] bavi se primjenom kvantne mehanike u optičkim sistemima.

Optika kao nauka relevantna je za mnoge povezane discipline, uključujući [[astronomija|astronomiju]], razna polja [[inženjerstvo|inženjerstva]], [[fotografija|fotografiju]] i [[medicina|medicinu]] (naročito [[oftalmologija|oftalmologiju]] i [[optometrija|optometriju]]). Optika je našla praktičnu primjenu u raznim vrstama tehnologije i svakodnevnim predmetima, uključujući [[ogledalo|ogledala]], [[leća (optika)|leće]], [[optički teleskop|teleskope]], [[mikroskop]]e, [[laser]]e i [[optičko vlakno|optička vlakna]].

== Historija ==
{{Glavni|Historija optike}}
{{Također pogledajte|Hronologija elektromagnetizma i klasične optike}}
[[Datoteka:Nimrud lens British Museum.jpg|mini|desno|Nimrudova leća]]
Počeci optike jesu leće koje su izradili [[Stari Egipat|stari Egipćani]] i [[Mezopotamija|Mezopotamci]]. Najranije poznate leće, napravljene od poliranog kristala, često [[kvarc]]a, datiraju iz 700. p. n. e. i poznate su kao [[Asirija|asirske]] leće, kakva je i [[Nimrudova leća|Nimrudova]].<ref>{{cite news |url=http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/380186.stm |title=World's oldest telescope? |publisher=BBC News |date=1. 7. 1999 |accessdate=10. 6. 2016}}</ref> [[Stari Rim]]ljani i [[Stara Grčka|Grci]] ispunjavali su staklene kugle vodom da bi napravili leće. Ovaj praktični razvoj pratio je i razvoj teorija o svjetlosti i vidu od strane starih grčkih i [[Indijska filozofija|indijskih]] filozofa, kao i razvoj geometrijske optike u [[grčko-rimski svijet|grčko-rimskom svijetu]]. Sama riječ ''optika'' potječe od [[Starogrčki jezik|starogrčke]] riječi ὀπτική (''optikē''), što znači "pojava, izgled".<ref>{{cite book|title=The Concise Oxford Dictionary of English Etymology|year=1996|author=T. F. Hoad|isbn=0-19-283098-8|url-access=registration|url=https://archive.org/details/conciseoxforddic00tfho}}</ref>

U [[grčka filozofija|grčkoj filozofiji]] prevladavale su dvije suprotstavljene teorije o optici vezane za to kako funkcionira čulo vida: "intromisijska" i "[[emisijska teorija (vid)|emisijska]]".<ref>{{cite web |url= http://www.stanford.edu/class/history13/earlysciencelab/body/eyespages/eye.html |title= A History of the Eye |publisher= stanford.edu |accessdate= 10. 6. 2016}}</ref> Prema prvoj, vid dolazi od predmeta koji otpuštaju svoje kopije (zvane ''eidole''), koje oko hvata. Uz mnoge propagatore, uključujući [[Demokrit]]a, [[Epikur]]a, [[Aristotel]]a i njihove sljedbenike, izgleda da ova teorija ima nekog dodira s modernim teorijama o tome šta je zapravo vid, ali ostala je samo špekulacija bez ikakvog eksperimentalnog utemeljenja.

[[Platon]] je prvi jasno uobličio emisijsku teoriju, ideju po kojoj se [[čulo vida|vizualna percepcija]] ostvaruje zahvaljujući zrakama koje emitiraju oči. U djelu ''[[Timaj (dijalog)|Timaj]]'' također je komentirao [[parnost (fizika)|parnost]] obrnutih likova u ogledalima.<ref>{{cite book|title=A manual of greek mathematics|author=T. L. Heath|publisher=Courier Dover Publications|isbn=0-486-43231-9|pages=181–182|year=2003}}</ref> Nekih 100 godina kasnije [[Euklid]] je napisao traktat ''Optika'', u kojem je vid povezao sa [[geometrija|geometrijom]], ustanovivši tako ''geometrijsku optiku''.<ref>{{cite book|author=William R. Uttal |title=Visual Form Detection in 3-Dimensional Space |url=https://books.google.com/books?id=rhVOVKp0-5wC&pg=PA25 |year=1983 |publisher=Psychology Press |isbn=978-0-89859-289-4 |pages=25–}}</ref> Svoj rad zasnovao je na Platonovoj emisijskoj teoriji. Opisao je matematička pravila [[Perspektiva (likovna umjetnost)|perspektive]] i kvalitativno opisao efekte [[refrakcija|refrakcije]] iako je doveo u pitanje tvrdnju da snop svjetlosti iz oka može trenutno osvijetliti zvijezde svaki put kad neko trepne.<ref>{{cite book|author=Euclid|title=Arapska verzija Euklidove optike = Kitāb Uqlīdis fī ikhtilāf al-manāẓir|editor=Elaheh Kheirandish|publisher="Springer", New York|year=1999|isbn=0-387-98523-9|url-access=registration|url=https://archive.org/details/arabicversionofe0000eucl}}</ref> U svom traktatu ''Optika'' [[Ptolemej]] zastupa ekstramisijsko-intromisijsku teoriju vida: zrake (ili protok) iz oka formiraju kupu, čiji je vrh u unutrašnjosti oka, a njena baza definira vidno polje. Zrake su bile osjetljive i prenosile su informacije o udaljenosti i orijentaciji površina nazad do posmatračevog razuma. On je rekapitulirao većinu Euklidovog rada i otišao dalje od njega opisavši način mjerenja [[Snellov zakon|ugla refrakcije]] iako nije uspio uočiti empirijsku vezu između njega i upadnog ugla.<ref name=Ptolemy>{{cite book |title=Ptolemy's theory of visual perception: an English translation of the Optics with introduction and commentary |author=Ptolemy |editor=A. Mark Smith |publisher=DIANE Publishing |year=1996 |isbn=0-87169-862-5}}</ref>

[[Datoteka:Hazan.png|mini|upright|[[Alhazen]] (Ibnul-Hejsem), "otac optike"<ref>{{Citation |first=RL |last=Verma |year=1969 |title=Al-Hazen: father of modern optics}}</ref>]]
[[Datoteka:Ibn Sahl manuscript.jpg|mini|desno|upright|Reprodukcija stranice [[Ibn-Sehl]]ovog rukopisa koja pokazuje njegovo znanje o [[Snellov zakon|zakonu refrakcije]].]]
Tokom [[srednji vijek|srednjeg vijeka]] grčke ideje o optici obnovili su i proširili autori iz tadašnjeg [[Islamski svijet|muslimanskog svijeta]]. Jedan od najranijih bio je [[El-Kindi]] (oko 801–873), koji je pisao na osnovu euklidskih i aristotelovskih ideja o optici, favorizirajući emisijsku teoriju zato što je (po njegovom mišljenju) mogla bolje objasniti optičke pojave.<ref>Adamson, Peter (2006), "Al-Kindi and the reception of Greek philosophy" u: Adamson, Peter, Taylor, R., ''The Cambridge companion to Arabic philosophy'', [[Štamparija Univerziteta u Cambridgeu|Štamparija]] [[Univerzitet u Cambridgeu|Univerziteta u Cambridgeu]], str. 45; {{ISBN|978-0-521-52069-0}}.</ref> Godine 984. [[Perzija|perzijski]] [[matematičar]] [[Ibn-Sehl]] napisao je traktat ''O gorućim ogledalima i lećama'', ispravno opisavši zakon refrakcije ekvivalentan Snellovom zakonu.<ref name=j1>{{cite journal |doi=10.1086/355456 |last=Rashed |first=Roshdi |title=A pioneer in anaclastics: Ibn Sahl on burning mirrors and lenses |journal=Isis |volume=81 |issue = 3 |year=1990 |pages=464–491 |jstor=233423}}</ref> Koristio se ovim zakonom da izračuna optimalne oblike leća i [[sferno ogledalo|sfernih ogledala]]. Početkom 11. stoljeća [[Alhazen]] (Ibnul-Hejsem) napisao je ''[[Knjiga o optici|Knjigu o optici]]'' (''Kitabul-menazir''), u kojoj je istraživao [[refleksija (fizika)|refleksiju]] i refrakciju i predložio novi sistem za objašnjavanje vida i svjetlosti, zasnovan na posmatranju i eksperimentu.<ref>{{cite book |editor1-last=Hogendijk |editor1-first=Jan P. |editor2-last=Sabra |editor2-first=Abdelhamid I. |year=2003|title=The Enterprise of Science in Islam: New Perspectives |url=https://archive.org/details/enterpriseofscie0000unse |pages=[https://archive.org/details/enterpriseofscie0000unse/page/85 85]–118 |publisher=Štamparija [[MIT]]-a |isbn=0-262-19482-1 |oclc=50252039}}</ref><ref>{{cite book |author=G. Hatfield |contribution=Was the Scientific Revolution Really a Revolution in Science? |url=https://books.google.com/books?id=Kl1COWj9ubAC&pg=PA489 |isbn=90-04-10119-5 |editor1=F. J. Ragep |editor2=P. Sally |editor3=S. J. Livesey |year=1996 |title=Tradition, Transmission, Transformation: Proceedings of Two Conferences on Pre-modern Science held at the University of Oklahoma |page=500|publisher=Brill Publishers}}</ref><ref>{{cite journal|author=Nader El-Bizri|title=A Philosophical Perspective on Alhazen's Optics|url=https://archive.org/details/sim_arabic-sciences-and-philosophy_2005-09_15_2/page/189|journal= Arabic Sciences and Philosophy |volume=15 |issue=2|year=2005|pages=189–218|doi=10.1017/S0957423905000172}}</ref><ref>{{cite journal|author=Nader El-Bizri|title=In Defence of the Sovereignty of Philosophy: al-Baghdadi's Critique of Ibn al-Haytham's Geometrisation of Place|url=https://archive.org/details/sim_arabic-sciences-and-philosophy_2007-03_17_1/page/57|doi=10.1017/S0957423907000367|journal=Arabic Sciences and Philosophy |volume=17 |year=2007|pages=57–80}}</ref><ref>{{cite journal|journal=The Medieval History Journal|volume=9|page=89|year=2006|doi=10.1177/097194580500900105|title=The Gaze in Ibn al-Haytham|author=G. Simon}}</ref> Odbacio je emisijsku teoriju iz ptolemejske optike i umjesto nje predložio ideju da se svjetlost pravolinijski odbija u svim smjerovima od svih vidljivih tačaka datog objekta i zatim ulazi u oko iako nije mogao objasniti kako oko hvata zrake.<ref>{{cite book|author1=Ian P. Howard |author2=Brian J. Rogers |title=Binocular Vision and Stereopsis |url=https://books.google.com/books?id=I8vqITdETe0C&pg=PA7 |year=1995 |publisher=[[Štamparija Univerziteta u Oxfordu|Štamparija]] [[Univerzitet u Oxfordu|Univerziteta u Oxfordu]] |isbn=978-0-19-508476-4 |page=7}}</ref> Alhazenovo djelo bilo je uglavnom zanemareno u arapskom svijetu, ali je anonimno prevedeno na latinski oko 1200. godine, a dodatno ga je proširio poljski monah [[Witelo]],<ref>{{cite book|author1=Elena Agazzi |author2=Enrico Giannetto |author3=Franco Giudice |title=Representing Light Across Arts and Sciences: Theories and Practices |url=https://books.google.com/books?id=ipyT7askd8EC&pg=PA42 |year=2010 |publisher=V&R unipress GmbH |isbn=978-3-89971-735-8 |page=42}}</ref> učinivši ga standardnim udžbenikom optike u Evropi u narednih 400 godina.<ref>[[Nader El-Bizri]], "Classical Optics and the Perspectiva Traditions Leading to the Renaissance" u: ''Renaissance Theories of Vision'', Charles Carman i John Hendrix (ur.), "Ashgate", Aldershot, 2010, 11–30; [[Nader El-Bizri]], "Seeing Reality in Perspective: 'The Art of Optics' and the 'Science of Painting'" u: ''The Art of Science: From Perspective Drawing to Quantum Randomness'', Rossella Lupacchini i Annarita Angelini (ur.), "Springer", Doredrecht, 2014, str. 25–47.</ref>

U 13. stoljeću u Evropi engleski biskup [[Robert Grosseteste]] pisao je o mnogim naučnim temama raspravljajući o svjetlosti iz četiri perspektive: [[epistemologija]] svjetlosti, [[metafizika]] ili [[kosmogonija]] svjetlosti, [[etiologija]] ili [[fizika]] svjetlosti i [[teologija]] svjetlosti,<ref>D. C. Lindberg, ''Theories of Vision from al-Kindi to Kepler'', Štamparija [[Univerzitet Chicago|Univerziteta Chicago]], [[Chicago]], 1976, str. 94–99.</ref> zasnivajući to na Aristotelovim djelima i platonizmu. Grossetesteov najpoznatiji učenik, [[Roger Bacon]], napisao je radove u kojima je citirao širok raspon nedavno prevedenih djela iz filozofije i optike, uključujući djela [[Alhazen]]a, Aristotela, [[Ibn-Sina|Avicene]], [[Ibn-Rušd]]a, Euklida, El-Kindija, Ptolemeja, Tideja i [[Konstantin Afrikanac|Konstantina Afrikanca]]. Bacon je bio u mogućnosti koristiti dijelove staklenih sfera kao [[Lupa|lupe]] da pokaže da se svjetlost odbija od objekata umjesto da je objekti emitiraju.

Prve naočale izumljene su u Italiji oko 1286.<ref>{{cite book |first=Ilardi |last=Vincent |year=2007 |title= Renaissance Vision from Spectacles to Telescopes |url=https://archive.org/details/bub_gb_peIL7hVQUmwC |location=Philadelphia |publisher=American Philosophical Society |isbn=978-0-87169-259-7 |pages=[https://archive.org/details/bub_gb_peIL7hVQUmwC/page/n87 4]–5}}</ref> Ovo je bio početak optičke industrije struganja i poliranja leća za ove "naočale", najprije u Veneciji i Firenci u 13. stoljeću,<ref>{{cite web |url= http://galileo.rice.edu/sci/instruments/telescope.html |title= The Telescope |publisher= Galileo.rice.edu |accessdate= 14. 6. 2016}}</ref> a kasnije u centrima za proizvodnju naočala u Holandiji i Njemačkoj.<ref>{{cite book|author=Henry C. King |title=The History of the Telescope |url=https://books.google.com/books?id=KAWwzHlDVksC&pg=PR1 |year=2003 |publisher=Courier Dover Publications |isbn=978-0-486-43265-6 |page=27}}</ref> Proizvođači naočala napravili su poboljšane vrste leća za korekciju vida zasnovane više na empirijskom znanju stečenom posmatranjem efekata leća nego na korištenju proste optičke teorije tog vremena (koja uglavnom nije mogla adekvatno objasniti čak ni to kako naočale funkcioniraju).<ref>{{cite book|author1=Paul S. Agutter |author2=Denys N. Wheatley |title=Thinking about Life: The History and Philosophy of Biology and Other Sciences |url=https://books.google.com/books?id=Gm4bqeBMR8cC&pg=PA17 |year=2008 |publisher=Springer |isbn=978-1-4020-8865-0 |page=17}}</ref><ref>{{cite book|first=Vincent|last=Ilardi|title=Renaissance Vision from Spectacles to Telescopes|url=https://books.google.com/books?id=peIL7hVQUmwC&pg=PA210 |year=2007 |publisher=American Philosophical Society|isbn=978-0-87169-259-7|page=210}}</ref> Ovaj praktični razvoj, majstorstvo i eksperimentiranje lećama direktno su doveli do izuma složenog optičkog mikroskopa oko 1595. i [[refraktorski teleskop|refraktorskog teleskopa]] 1608. u centrima za proizvodnju naočala u Holandiji.<ref>{{cite web |url= http://nobelprize.org/educational_games/physics/microscopes/timeline/index.html |title= Microscopes: Time Line |publisher= Nobelova fondacija |accessdate= 14. 6. 2009}}</ref><ref name="LZZginzib4C page 55">{{cite book|first=Fred|last=Watson |title=Stargazer: The Life and Times of the Telescope |url=https://books.google.com/books?id=2LZZginzib4C&pg=PA55 |year=2007 |publisher=Allen & Unwin |isbn=978-1-74175-383-7 |page=55}}</ref>

Početkom 17. stoljeća [[Johannes Kepler]] u svojim je radovima proširio poglede na geometrijsku optiku, osvrnuvši se na leće, odbijanje svjetlosti od ravnih i sfernih ogledala, način rada [[stenopeična kamera|stenopeičnih kamera]], upravljanje zakona obrnutih kvadrata jačinom svjetlosti i optička objašnjenja astronomskih pojava kao što su [[pomračenje Mjeseca]] i [[Pomračenje Sunca|Sunca]] i astronomska [[paralaksa]]. Također je uspio utvrditi ulogu [[mrežnjača|mrežnjače]] kao organa koji zapravo bilježi slike i konačno naučno kvantificirati efekte različitih vrsta leća koje su proizvođači naočala posmatrali prethodnih 300 godina.<ref>{{cite book|first=Vincent|last=Ilardi |title=Renaissance Vision from Spectacles to Telescopes |url=https://books.google.com/books?id=peIL7hVQUmwC&pg=PA244 |year=2007 |publisher=American Philosophical Society |isbn=978-0-87169-259-7 |page=244}}</ref> Nakon izuma teleskopa Kepler je postavio teorijsku osnovu za način na koji teleskopi rade i opisao poboljšanu verziju, poznatu kao ''Keplerov teleskop'', koristeći se dvjema konveksnim lećama da dobije veće uvećanje.<ref>Caspar, ''Kepler'', [https://books.google.com/books?id=0r68pggBSbgC&pg=PA198 str. 198–202], "Courier Dover Publications", 1993; {{ISBN|0-486-67605-6}}.</ref>

[[Datoteka:Opticks.jpg|mini|desno|upright|Naslovna stranica prvog izdanja Newtonove ''Optike'']]
Optička teorija unaprijeđena je sredinom 17. stoljeća traktatima filozofa [[René Descartes|Renéa Descartesa]], u kojima su objašnjene razne optičke pojave, uključujući refleksiju i refrakciju, s pretpostavkom da svjetlost emitiraju objekti koji je proizvode.<ref name=Sabra>{{cite book|title=Theories of light, from Descartes to Newton|url=https://archive.org/details/theoriesoflightf0000sabr|author=A. I. Sabra|publisher=CUP Archive|year=1981|isbn=0-521-28436-8}}</ref> Ova tvrdnja značajno se razlikovala od starogrčke emisijske teorije. Krajem 1660-ih i početkom 1670-ih [[Isaac Newton]] proširio je Descartesove ideje i postavio [[korpuskularna teorija svjetlosti|korpuskularnu teoriju svjetlosti]], poznatu po tome što je odredila da je bijela svjetlost mješavina boja koja se može razložiti na sastavne dijelove pomoću [[prizma (optika)|prizme]]. Godine 1690. [[Christiaan Huygens]] predložio je [[talas (fizika)|talasnu teoriju]] svjetlosti, zasnovanu na sugestijama [[Robert Hooke|Roberta Hookea]] iz 1664. Sam Hooke javno je kritizirao Newtonove teorije o svjetlosti i prepirka među njima trajala je do Hookeove smrti. Godine 1704. Newton je objavio ''[[Optika (Newton)|Optiku]]'' i, u to vrijeme, djelomično zbog njegovog uspjeha u drugim oblastima fizike, općenito je smatran pobjednikom u debati o prirodi svjetlosti.<ref name=Sabra/>

Njutnovska optika bila je općenito prihvaćena do početka 19. stoljeća, kad su [[Thomas Young]] i [[Augustin-Jean Fresnel]] izveli eksperimente o [[Interferencija talasa|interferenciji]] svjetlosti koji su potvrdili njenu talasnu prirodu. Youngov poznati [[Youngov interferencijski eksperiment|eksperiment sa dva procjepa]] pokazao je da svjetlost slijedi [[zakon superpozicije]], što je karakteristika talasa, koju Newtonova korpuskularna teorija nije predvidjela. Ovaj rad doveo je do teorije difrakcije i otvorio čitavo područje proučavanja u fizikalnoj optici.<ref>{{cite book|author=W. F. Magie|title=A Source Book in Physics|publisher= Štamparija [[Univerzitet Harvard|Univerziteta Harvard]] |year=1935|page=309}}</ref> Talasna optika uspješno je ujedinjena s [[James Clerk Maxwell|Maxwellovom]] [[Maxwellove jednačine|elektromagnetnom teorijom]] u 1860-ima.<ref>{{cite journal|author=J. C. Maxwell|title=A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field|journal=Philosophical Transactions of the Royal Society of London|volume=155|page=459|year=1865|bibcode = 1865RSPT..155..459C|doi=10.1098/rstl.1865.0008}}</ref>

Sljedeći razvoj u optičkoj teoriji desio se 1899, kad je [[Max Planck]] ispravno modelirao [[zračenje crnog tijela]] pretpostavivši da se razmjena energije između svjetlosti i materije dešava jedino u diskretnim količinama, koje je nazvao ''kvantovima''.<ref>Za detaljniji pristup složenosti Planckovih intelektualnih motivacija za kvant i njegovo odlaganje prihvatanja njegovih implikacija, pogledajte: H. Kragh, [http://physicsworld.com/cws/article/print/373 Max Planck: the reluctant revolutionary] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120401221617/http://physicsworld.com/cws/article/print/373 |date=2012-04-01 }}, ''Physics World'', decembar 2000.</ref> Godine 1905. [[Albert Einstein]] objavio je teoriju o [[fotoelektrični efekt|fotoelektričnom efektu]], koja je čvrsto uspostavila kvantizaciju same svjetlosti.<ref>{{cite book |last1=Einstein |first1=A. |authorlink1=Albert Einstein |editor1-first=D. |editor1-last=Ter Haar |title=The Old Quantum Theory |url=http://wien.cs.jhu.edu/AnnusMirabilis/AeReserveArticles/eins_lq.pdf |accessdate=18. 3. 2010 |year=1967 |publisher=Pergamon |pages=91–107 |chapter=On a heuristic viewpoint concerning the production and transformation of light }}{{Dead link|date=August 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}{{Mrtav link|datum=Oktobar 2019 |bot=InternetArchiveBot }} Ovo je poglavlje prijevod Einsteinovog rada o fotoelektričnom efektu iz 1905. na engleski jezik.</ref><ref name=AnnPhysik322132>{{Cite journal |first=A. |last=Einstein |year=1905 |title=Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt |language=njemački |trans-title=O heurističkom gledištu koje se tiče proizvodnje i transformacije svjetlosti |journal=Annalen der Physik |volume=322 |issue=6 |pages=132–148 |doi=10.1002/andp.19053220607|bibcode = 1905AnP...322..132E}}</ref> Godine 1913. [[Niels Bohr]] pokazao je da atomi mogu emitirati samo diskretne količine energije, objasnivši tako diskretne linije viđene u [[emisijski spektar|emisijskom spektru]] i [[apsorpcijska spektroskopija|apsorpcijskim spektrima]].<ref>{{cite journal|url=http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Bohr/Bohr-1913a.html |year=1913 |title=On the Constitution of Atoms and Molecules |journal=Philosophical Magazine |volume=26, serija 6 |pages=1–25  |archiveurl=https://web.archive.org/web/20070704225134/http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Bohr/Bohr-1913a.html |archivedate=4. 7. 2007}}. Znameniti rad u kojem su izloženi [[Bohrov model atoma]] i [[kovalentna veza|molekularno povezivanje]].</ref> Razumijevanje interakcije između svjetlosti i materije, koje je rezultiralo iz ovih razvoja, ne samo da je formiralo osnovu kvantne optike nego je bilo i ključno za [[historija kvantne mehanike|razvoj]] kvantne mehanike kao cjeline. Krajnji vrhunac, teorija [[kvantna elektrodinamika|kvantne elektrodinamike]], objašnjava sve optičke i elektromagnetne procese općenito kao rezultat razmjene stvarnih i [[virtualna čestica|virtualnih]] fotona.<ref>{{cite book|author=R. Feynman|authorlink=Richard Feynman|year=1985|title=QED: The Strange Theory of Light and Matter|chapter=Chapter 1|page=6|publisher= Štamparija [[Univerzitet Princeton|Univerziteta Princeton]] |isbn=0-691-08388-6}}</ref>

Kvantna optika dobila je praktičnu važnost otkrićem [[maser (optika)|masera]] 1953. i [[laser]]a 1960.<ref>{{cite book|author=N. Taylor|title=LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war|url=https://archive.org/details/laser00nick|year=2000|publisher=Simon & Schuster|location=New York|isbn=0-684-83515-0}}</ref> Prateći rad [[Paul Dirac|Paula Diraca]] u oblasti [[kvantna teorija polja|kvantne teorije polja]], [[George Sudarshan]], [[Roy J. Glauber]] i [[Leonard Mandel]] primijenili su kvantnu teoriju na elektromagnetno polje u 1950-ima i 1960-ima da dođu do detaljnijeg razumijevanja fotodetekcije i [[statistička mehanika|statistike]] svjetlosti.

== Klasična optika ==
Dijeli se na dvije glavne grane: geometrijsku optiku (ili optiku zrâkā) i fizikalnu (ili talasnu) optiku. U geometrijskoj optici za svjetlost se smatra da se kreće pravolinijski, dok se u fizikalnoj smatra da je svjetlost elektromagnetni talas.

Geometrijska optika može se smatrati približnim predstavljanjem fizikalne optike koje se primjenjuje kad je talasna dužina korištene svjetlosti mnogo manja od veličine optičkih elemenata u sistemu koji se modelira.

=== Geometrijska optika ===
{{Glavni|Geometrijska optika}}
[[Datoteka:Reflection and refraction-bs.svg|mini|250px|desno|Geometrija refleksije i refrakcije svjetlosnih zraka]]
''Geometrijska optika'' ili ''optika zrâkā'' opisuje [[Širenje talasa|širenje]] svjetlosti kao "zraka" koje se kreću pravolinijski i čije su putanje određene zakonima refleksije i refrakcije na prijelaznim površinama između različitih sredina.<ref>{{cite book|author1=Ariel Lipson|author2=Stephen G. Lipson|author3=Henry Lipson|title=Optical Physics|url=https://books.google.com/books?id=aow3o0dhyjYC&pg=PA48|accessdate=12. 7. 2012|date=28. 10. 2010|publisher= Štamparija Univerziteta Cambridge |isbn=978-0-521-49345-1|page=48}}</ref> Ovi zakoni otkriveni su empirijski i potječu najranije iz 984<ref name=j1/> i korišteni su u dizajnu optičkih komponenti i instrumenata otad, pa do današnjih dana. Oni se mogu sažeti na sljedeći način:

kad zraka svjetlosti naiđe na granicu između dvije providne sredine, biva podijeljena na odbijenu i prelomljenu zraku.

:Zakon refleksije kaže da odbijena zraka leži u upadnoj ravni i da je ugao odbijanja jednak upadnom uglu.

:Zakon refrakcije kaže da prelomljena zraka leži u upadnoj ravni i da je sinus ugla loma podijeljen sinusom upadnog ugla konstanta:

::<math>\frac {\sin {\theta_1}}{\sin {\theta_2}} = n,</math>

gdje je {{math|''n''}} konstanta za bilo koje dvije sredine i bilo koju boju svjetlosti. Ako je prva sredina zrak ili vakuum, {{math|''n''}} je [[indeks prelamanja]] druge sredine.

Zakoni refleksije i refrakcije mogu se izvesti iz [[Fermatov princip|Fermatovog principa]], koji kaže da je ''putanja kojom se zraka svjetlosti kreće između dvije tačke ona koja se može preći za najmanje vremena''.<ref>{{cite book|author= Arthur Schuster|title=An Introduction to the Theory of Optics|url=https://books.google.com/books?id=X0AcBd-bcCwC&pg=PA41|year=1904|publisher=E. Arnold|page=41}}</ref>

==== Aproksimacija ====
Geometrijska optika često se uprošćuje upotrebom [[paraksijalna aproksimacija|paraksijalne aproksimacije]] ili "aproksimacije malog ugla". Matematičko ponašanje tada postaje linearno, omogućujući da se optičke komponente i sistemi opišu prostim matricama. Ovo dovodi do tehnika zvanih [[Gaußova optika]] i ''paraksijalno [[praćenje zraka (fizika)|praćenje zraka]]'', koje se koriste za otkrivanje osnovnih osobina optičkih sistema, kao što su približna [[slika]] i položaj objekata i [[uvećavanje (optika)|uvećavanja]].<ref>{{cite book|author=J. E. Greivenkamp|year=2004|title=Field Guide to Geometrical Optics. SPIE Field Guides vol. '''FG01'''|url=https://archive.org/details/fieldguidetogeom0000grei|publisher=SPIE|isbn=0-8194-5294-7|pages=[https://archive.org/details/fieldguidetogeom0000grei/page/19 19]–20}}</ref>

==== Refleksija ====
{{Glavni|Refleksija (fizika)}}
[[Datoteka:Reflection angles-bs.svg|okvir|Dijagram ogledalne refleksije]]
Refleksija se može podijeliti na dva tipa: [[ogledalna refleksija|ogledalnu]] i [[difuzna refleksija|difuznu refleksiju]]. Ogledalna opisuje sjajnost površina kao što su ogledala, koja reflektiraju svjetlost na jednostavan i predvidljiv način. Ovo omogućuje produkciju reflektiranih slika koje se mogu povezati sa stvarnim ([[realna slika|realnim]]) ili ekstrapoliranim ([[virtualna slika|virtualnim]]) lokacijama u prostoru. Difuzna refleksija opisuje materijale koji nemaju sjaj, kao što su [[papir]] ili [[kamen]]. Refleksije od ovih površina mogu se opisati jedino statistički, gdje tačna distribucija reflektirane svjetlosti zavisi od mikroskopske strukture materijala. Mnogi difuzni reflektori opisuju se ili mogu biti približno predstavljeni [[Lambertov zakon|Lambertovim zakonom]], koji opisuje površine koje imaju jednaku [[luminancija|luminanciju]] (sjajnost, svjetljivost) gledano iz bilo kojeg ugla. Sjajne površine mogu dati i ogledalnu i difuznu refleksiju.

Kod ogledalne, smjer reflektirane zrake određen je uglom koji upadna zraka stvara s [[površinska normala|površinskom normalom]], linijom okomitom na površinu u tački u kojoj svjetlost stvara kontakt s površinom. Upadne i reflektirane zrake i normala leže u jednoj ravni, a ugao između odbijene zrake i površinske normale jednak je onome između upadne zrake i normale.<ref name=Geoptics>{{cite book|title=University Physics 8e|author=H. D. Young|publisher=Addison-Wesley|year=1992|isbn=0-201-52981-5|chapter =35}}</ref> Ovo je poznato kao [[zakon refleksije]].

Kod [[Ravno ogledalo|ravnih ogledala]] zakon refleksije implicira da su slike objekata uspravne i na jednakom udaljenosti iza ogledala kao objekti koji su ispred ogledala. Veličina slike ista je kao veličina objekta. Ovaj zakon također implicira da su [[ogledalna slika|ogledalne slike]] [[Parnost (fizika)|parno invertirane]] (obrnuto preslikane), što mi percipiramo kao inverziju lijevo-desno. Slike dobijene refleksijom od dvaju (ili bilo kojeg parnog broja) ogledala nisu obrnuto preslikane. [[Ugaoni reflektor]]i<ref name=Geoptics/> [[retroreflektor|retroreflektiraju]] svjetlost, proizvodeći reflektirane zrake koje se kreću nazad u smjeru iz kojeg su došle upadne zrake.

[[Sferno ogledalo|Ogledala sa zakrivljenim površinama]] mogu se modelirati [[Praćenje zrake (fizika)|praćenjem zrake]] i korištenjem zakona refleksije u svakoj tački date površine. Kod [[Parabolično ogledalo|ogledala s paraboličnim površinama]] paralelne upadne zrake proizvode reflektirane zrake, koje se stapaju u jednoj tački, poznatoj kao [[fokus]] (žarište, žiža). Druge zakrivljene površine također mogu sabrati zrake svjetlosti u jednu tačku, ali uz aberacije (odstupanja) usljed toga što divergirajūćī oblik uzrokuje da fokus bude raspršen u prostoru. Specifično, sferna ogledala ispoljavaju [[sferna aberacija|sfernu aberaciju]]. Sferna ogledala mogu formirati slike s uvećanjem većim ili manjim od 1, a uvećanje može biti i negativno, što ukazuje na to da je slika obrnuta. Uspravna slika formirana refleksijom u ogledalu uvijek je virtualna, dok je obrnuta slika realna i može se projicirati na ekran.<ref name=Geoptics/>

==== Refrakcija ====
{{Glavni|Refrakcija}}
[[Datoteka:Snells law-bs.svg|mini|300px|Ilustracija Snellovog zakona za slučaj n<sub>1</sub> < n<sub>2</sub>, kao što je pri prijelazu iz zraka u vodu]]
Refrakcija (prelamanje svjetlosti) dešava se kad se svjetlost kreće kroz područje u prostoru koje ima promjenjiv indeks prelamanja; ovaj princip važi za leće i sabiranje svjetlosti u fokus. Najjednostavniji slučaj refrakcije dešava se kad postoji [[granična površina (hemija)|granična površina]] između izotropne sredine s indeksom prelamanja <math>n_1</math> i druge sredine s indeksom prelamanja <math>n_2</math>. U ovakvim situacijama [[Snellov zakon]] opisuje rezultirajuće skretanje svjetlosne zrake:

:<math>n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2,</math>

gdje su <math>\theta_1</math> i <math>\theta_2</math> uglovi između normale (na graničnu površinu) i upadnih i prelomljenih talasa (tim redom).<ref name=Geoptics/>

Indeks prelamanja neke sredine povezan je sa brzinom svjetlosti ({{math|''v''}}) u toj sredini na sljedeći način:
:<math>n=c/v,</math>
gdje je {{math|''c''}} [[brzina svjetlosti]] u [[vakuum]]u.

Snellov zakon može se koristiti za predviđanje skretanja svjetlosnih zraka pri njihovom prolasku kroz linearnu sredinu sve dok su indeksi prelamanja i geometrija te sredine poznati. Naprimjer, širenje svjetlosti kroz prizmu rezultira skretanjem svjetlosne zrake u zavisnosti od oblika i orijentacije te prizme. Kod većine materijala indeks prelamanja varira u zavisnosti od frekvencije svjetlosti. Uzevši ovo u obzir, Snellov zakon može se koristiti da se predvidi kako će prizma raspršiti svjetlost u spektar. Otkriće ove pojave kad svjetlost prolazi kroz prizmu pripisuje se Isaacu Newtonu.<ref name=Geoptics/>

Neke sredine imaju indeks prelamanja koji se postepeno mijenja s pozicijom, pa su stoga svjetlosne zrake u ovim sredinama zakrivljene. Ovaj efekt odgovoran je za viđenje [[miraž]]a u vrućim danima: promjena u indeksu prelamanja zraka s visinom uzrokuje prelamanje svjetlosnih zraka, stvarajući ogledalnu refleksiju u daljini (kao na površini bazena s vodom). Optički materijali s promjenjivim indeksom prelamanja zovu se GRIN-materijali ({{en|gradient-index materials}}). Takvi materijali koriste se u [[gradijentna optika|gradijentnoj optici]].<ref>{{cite book |first=E. W. |last=Marchand |title=Gradient Index Optics |url=https://archive.org/details/gradientindexopt0000marc |location=New York |publisher=Academic Press |year=1978}}</ref>

Za svjetlosne zrake koje se kreću iz materijala s visokim u materijal s niskim indeksom prelamanja Snellov zakon predviđa da <math>\theta_2</math> ne postoji kad je <math>\theta_1</math> velik. U ovom slučaju ne dešava se nikakav prijenos; sva svjetlost biva reflektirana. Ova pojava zove se [[potpuna unutrašnja refleksija]] i ona omogućuje tehnologiju [[optičko vlakno|optičkih vlakana]]. Kako se svjetlost kreće optičkim vlaknom, dolazi do potpune unutrašnje refleksije, zahvaljujući čemu nema gubitka ni najmanje njene količine cijelom dužinom kabela.<ref name=Geoptics/>

===== Leće =====
{{Glavni|Leća (optika)}}
[[Datoteka:Lens3b-bs.svg|360px|mini|Dijagram praćenja zrake za sabirnu leću]]
Naprava koja proizvodi sabiranje ili rasipanje svjetlosnih zraka usljed refrakcije poznata je kao ''leća'' ili ''sočivo''. Leće karakterizira njihova [[žarišna dužina]]: sabirna leća ima pozitivnu žarišnu dužinu, a rasipna negativnu. Manja žarišna dužina ukazuje na to da leća ima jači sabirni ili rasipni efekt. Žarišna dužina obične leće na zraku određuje se [[lećarova jednačina|lećarovom jednačinom]].<ref name=hecht>{{cite book|author=E. Hecht|year=1987|title=Optics|url=https://archive.org/details/optics0000hech|edition=2.|publisher=Addison Wesley|isbn=0-201-11609-X}} Poglavlja 5 i 6.</ref>

Praćenje zrake može se koristiti da se pokaže kako leća formira sliku. Za [[tanka leća|tanku leću]] na zraku lokacija slike određuje se jednostavnom jednačinom

:<math>\frac{1}{S_1} + \frac{1}{S_2} = \frac{1}{f},</math>

gdje je <math>S_1</math> udaljenost objekta od leće, <math>S_2</math> udaljenost od leće do slike, a <math>f</math> žarišna dužina leće. Prema pravilima za označavanje predznacima korištenim ovdje, udaljenosti objekta i slike pozitivne su ako su objekt i slika na suprotnim stranama leće.<ref name=hecht/>

[[Datoteka:Lens1-bs.svg|360px|mini]]
Sabirna leća sakuplja dolazeće paralelne zrake u tačku koja je od leće udaljena jednu žarišnu dužinu sa suprotne strane leće. Ovo se naziva stražnjom [[Fokus|žarišnom tačkom]] leće. Zrake od objekta na određenoj udaljenosti sabiraju se na rastojanju većem od žarišne dužine; što je objekt bliže leći, to je slika dalje od nje.

Kod rasipnih leća dolazeće paralelne zrake rasijavaju se nakon prolaska kroz leću na takav način da izgleda kao da su potekle iz tačke koja je jednu žarišnu dužinu ispred leće. Ovo je prednja žarišna tačka leće. Zrake od objekta na određenoj udaljenosti povezane su s virtualnom slikom koja je bliže leći nego žarišna tačka i na istoj strani leće kao i objekt. Što je objekt bliže leći, to joj je bliže i virtualna slika. Kao i kod ogledala, uspravne slike koje proizvede jedna leća virtualne su, dok su obrnute slike realne.<ref name=Geoptics/>

Leće su podložne [[optička aberacija|aberacijama]], koje izobličuju slike. ''Monohromatske aberacije'' dešavaju se zato što geometrija leće ne usmjerava savršeno zrake od svake tačke objekta do pojedine tačke na slici, dok do [[hromatske aberacije|hromatskih aberacija]] dolazi zbog toga što se indeks prelamanja leće mijenja s talasnom dužinom svjetlosti.<ref name=Geoptics/>
[[Datoteka:Thin lens images.svg|mini|none|450px|Slike crnih slova u tankoj ispupčenoj leći žarišne dužine ''f'' prikazane su crvenom bojom. Odabrane zrake prikazane su za slova '''E''', '''I''' i '''K''' plavom, zelenom i narančastom bojom (tim redom). Uočite da '''E''' (na udaljenosti 2''f'') ima realnu i obrnutu sliku jednake veličine, '''I''' (na udaljenosti ''f'') ima sliku u beskonačnosti, a '''K''' (na udaljenosti ''f''/2) ima dvostruko veću, virtualnu i uspravnu sliku.]]

=== Talasna optika ===
{{Glavni|Talasna optika}}
U talasnoj ili fizikalnoj optici za svjetlost se smatra da se širi kao [[talas]]. Ovaj model predviđa pojave kao što su [[Interferencija talasa|interferencija]] i [[difrakcija]], koje nisu objašnjene u geometrijskoj optici. Brzina svjetlosnih talasa u [[zrak]]u iznosi približno 3×10<sup>8</sup>&nbsp;m/s (tačno 299.792,458&nbsp;m/s u vakuumu). [[Talasna dužina]] vidljivih svjetlosnih talasa varira između 400 i 700&nbsp;nm, ali naziv "svjetlost" često se primjenjuje i na [[infracrveno zračenje|infracrveno]] (0,7–300&nbsp;μm) i [[ultraljubičasto zračenje]] (10–400&nbsp;nm).

Talasni model može se upotrijebiti za predviđanja o tome kako će se optički sistem ponašati bez zahtijevanja objašnjenja šta je "talasanje" u kojoj sredini. Do sredine 19. stoljeća većina fizičara vjerovala je u "eteričnu" sredinu u kojoj se svjetlost širi.<ref>M. V. Klein, T. E. Furtak, ''Optics'', "John Wiley & Sons", New York City, 1986; {{ISBN|0-471-87297-0}}.</ref> Postojanje elektromagnetnih talasa predviđeno je 1865. Maxwellovim jednačinama. Ovi talasi šire se brzinom svjetlosti i imaju promjenjivo električno i magnetno polje, koja su ortogonalna jedno na drugo i također se kreću u smjeru širenja talasa.<ref>{{cite journal |last=Maxwell |first=James Clerk |authorlink=James Clerk Maxwell |title=A dynamical theory of the electromagnetic field |url=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/19/A_Dynamical_Theory_of_the_Electromagnetic_Field.pdf |doi=10.1098/rstl.1865.0008 |format=PDF |journal=Philosophical Transactions of the Royal Society of London |volume=155 |page=499 |year=1865}} Ovaj članak prati Maxwellovu prezentaciju Kraljevskom društvu od 8. decembra 1864. Također pogledajte ''[[Dinamička teorija elektromagnetnog polja|Dinamičku teoriju elektromagnetnog polja]]''.</ref> Svjetlosni talasi danas se općenito tretiraju kao elektromagnetni talasi osim kad u razmatranje moraju biti uzeti [[Optika#Moderna optika|kvantnomehanički efekti]].

==== Modeliranje i dizajn optičkih sistema pomoću talasne optike ====
Mnoge pojednostavljene aproksimacije dostupne su za analiziranje i dizajniranje optičkih sistema. Većina njih koristi jednu [[Skalar (fizika)|skalarnu]] veličinu da predstavi električno polje svjetlosnog talasa umjesto modela s [[Euklidov vektor|vektorom]] s ortogonalnim električnim i magnetnim vektorima.<ref name = "Born and Wolf">M. Born, E. Wolf, ''Principle of Optics'', Štamparija Univerziteta Cambridge, [[Cambridge]], 1999; {{ISBN|0-521-64222-1}}.</ref>

[[Huygens–Fresnelov princip|Huygens–Fresnelova]] jednačina jedan je takav model. Nju je empirijski izveo Fresnel 1815. na osnovu Huygensove pretpostavke da svaka tačka na [[talasni front|talasnom frontu]] generira sekundarni sferni talasni front, što je Fresnel kombinirao s principom [[princip superpozicije|superpozicije]] talasa. [[Kirchhoffova formula za difrakciju|Kirchhoffova jednačina za difrakciju]], koja se izvodi pomoću Maxwellovih jednačina, postavlja Huygens-Fresnelovu jednačinu na čvršće fizičke osnove. Primjeri primjene Huygens–Fresnelovog principa mogu se naći u odjeljcima o [[difrakcija|difrakciji]] i [[Fraunhoferova difrakcija (matematika)|Fraunhoferovoj difrakciji]].

Složeniji modeli, uključujući modeliranje i električnih i magnetnih polja svjetlosnog talasa, potrebni su kad se radi o detaljnijoj interakciji svjetlosti s materijalima gdje ta interakcija zavisi od njihovih električnih i magnetnih svojstava. Naprimjer, svjetlosni talas ponaša se na jedan način u interakciji s metalnim površinama, a sasvim drugačije u interakciji sa dielektričnim materijalom. Za modeliranje polarizirane svjetlosti također se mora koristiti vektorski model.

Tehnike [[Računarska simulacija|numeričkog modeliranja]] kao što su [[metoda finitnog elementa]], [[metoda graničnog elementa]] i [[metoda matrice transmisijskih linija]] mogu se koristiti za modeliranje širenja svjetlosti u sistemima koji se ne mogu riješiti analitički. Takvi modeli računski su zahtjevni i obično se koriste jedino za rješavanje malih problema koji zahtijevaju preciznost veću od one koja se može postići analitičkim rješenjima.<ref>{{cite book|author=J. Goodman|year=2005|title=Introduction to Fourier Optics|edition=3. |publisher=Roberts & Co Publishers|isbn=0-9747077-2-4|url= https://books.google.com/?id=ow5xs_Rtt9AC&printsec=frontcover}}</ref>

Svi rezultati iz geometrijske optike mogu se dobiti pomoću tehnika [[Fourierova optika|Fourierove optike]], koja primjenjuje mnoge od istih matematičkih i analitičkih tehnika korištenih u [[akustično inženjerstvo|akustičnom inženjerstvu]] i [[obrada signala|obradi signala]].

[[Gaußov snop|Širenje Gaußovog snopa]] jednostavni je paraksijalni talasnooptički model za širenje koherentnog zračenja kao što su laserski snopovi. Ova tehnika djelomično je odgovorna za difrakciju, omogućujući prezicne kalkulacije stepena kojim se laserski snop širi sa daljinom i minimalnu veličinu do koje se ovaj snop može sabrati u žarište. Širenje Gaußovog snopa tako premošćuje prazninu između geometrijske i talasne optike.<ref>{{cite book|author=A. E. Siegman|year=1986|title=Lasers|url=https://archive.org/details/lasers0000sieg|publisher=University Science Books|isbn=0-935702-11-3}} 16. poglavlje</ref>

==== Superpozicija i interferencija ====
{{Glavni|Princip superpozicije|Interferencija talasa}}
U odsustvu [[nelinearna optika|nelinearnih]] efekata [[princip superpozicije]] može se koristiti za predviđanje oblika uzajamno djelujućih talasa pomoću jednostavnog dodavanja njihovih faza.<ref name=interference/> Ova interakcija talasa kojom se proizvodi neki uzorak općenito se naziva "interferencija" i može rezultirati raznovrsnim ishodima. Ako su dva talasa iste talasne dužine i frekvencije ''u [[faza (talasi)|fazi]]'', onda su i njihovi vrhovi i njihove udoline poravnani u jednoj liniji. Ovo rezultira konstruktivnom interferencijom i povećanjem u amplitudi talasa, što je kod svjetlosti povezano s osvjetljavanjem oblika talasa na toj lokaciji. Alternativno, ako su dva talasa iste talasne dužine i frekvencije van faze, onda će vrhovi talasa biti poravnani u jednoj liniji s njihovim udolinama i obrnuto. Ovo rezultira destruktivnom interferencijom i smanjenjem u amplitudi talasa, što je kod svjetlosti povezano sa zatamnjenjem oblika talasa na toj lokaciji. Ispod je data ilustracija ovog efekta.<ref name=interference>{{cite book|title=University Physics 8e|author=H. D. Young|publisher=Addison-Wesley|year=1992|isbn=0-201-52981-5}} 37. poglavlje</ref>
{|
|-
|'''Kombinirani<br>oblik talasa'''
|colspan="2" rowspan="3"|[[Datoteka:Interference of two waves.svg]]
|-
|'''Talas 1'''
|-
|'''Talas 2'''
|-
|<br>
|'''Dva talasa u fazi'''
|'''Dva talasa van<br>faze za 180°'''
|}
[[Datoteka:Dieselrainbow.jpg|mini|desno|300px|Kad se prolije ulje ili gorivo, formiraju se raznobojni uzorci usljed interferencije tankih slojeva.]]
Budući da [[Huygens–Fresnelov princip]] tvrdi da je svaka tačka talasnog fronta povezana s nastankom novog talasa, moguće je da talasni front interferira sa samim sobom konstruktivno ili destruktivno na različitim lokacijama proizvodeći svijetle i tamne šare u pravilnim i predvidljivim uzorcima.<ref name=interference/> [[Interferometrija]] je nauka koja se bavi mjerenjem ovih uzoraka, obično kao sredstvo za precizno određivanje udaljenosti ili [[Ugaona rezolucija|ugaonih rezolucija]].<ref name=interferometry>{{cite book|author=P. Hariharan|title=Optical Interferometry|edition=2|publisher=Academic Press|place=[[San Diego]]|year=2003|url=http://www.astro.lsa.umich.edu/~monnier/Publications/ROP2003_final.pdf|isbn=0-12-325220-2}}</ref> [[Michelsonov interferometar]] bio je poznati instrument koji je koristio efekte interferencije da precizno izmjeri brzinu svjetlosti.<ref>{{cite book|author=E. R. Hoover|title=Cradle of Greatness: National and World Achievements of Ohio's Western Reserve|place=[[Cleveland]]|publisher=Shaker Savings Association|year=1977}}</ref>
Pojava [[Optika tankih slojeva|tankih slojeva i prevlaka]] direktno je pogođena efektima interferencije. [[Antireflektivna prevlaka|Antireflektivne prevlake]] koriste destruktivnu interferenciju da smanje reflektivnost površina na koje se primjenjuju i mogu se upotrijebiti da se minimiziraju blještanje i neželjene refleksije. Najjednostavniji slučaj jest sloj čija je debljina jednaka četvrtini talasne dužine upadne svjetlosti. Talas reflektiran od vrha sloja i talas reflektiran od granične površine sloja/materijala nalaze se tačno 180° van faze, uzrokujući destruktivnu interferenciju. Ovi su talasi van faze za tačno i jedino jednu talasnu dužinu, koja obično biva odabrana tako da bude blizu centra vidljivog spektra (oko 550&nbsp;nm). Složeniji dizajni koji koriste višestruke slojeve mogu postići nisku reflektivnost na širokom pojasu ili ekstremno nisku reflektivnost na jednoj talasnoj dužini.

Konstruktivna interferencija u tankim slojevima može proizvesti snažnu refleksiju svjetlosti u rasponu talasnih dužina, koji može biti uzak ili širok, u zavisnosti od dizajna prevlake. Ovi slojevi koriste se za proizvodnju [[dielektrično ogledalo|dielektričnih ogledala]], [[filter za interferenciju|filtera za interferenciju]], [[vruće ogledalo|vrućih ogledala]] i filtera za razdvajanje boja u kamerama za [[televizija u boji|televiziju u boji]]. Ovaj efekt interferencije također stvara uzorke duginih boja viđene u mrljama od ulja ili nafte.<ref name=interference/>

==== Difrakcija i optička rezolucija ====
{{Glavni|Difrakcija|Optička rezolucija}}
[[Datoteka:Double slit diffraction.svg|300px|desno|mini|Difrakcija na dva procjepa na međusobnom rastojanju <math>d</math>. Svijetle šare nastaju uzduž linija gdje se crne linije sijeku s crnim linijama i bijele sa bijelima. Ove šare odvojene su uglom <math>\theta</math> i označene su kao red <math>n</math>.]]

Difrakcija je proces pri kojem se svjetlosna interferencija najčešće posmatra. Ovaj efekt prvi je opisao [[Francesco Maria Grimaldi]] 1665. On je osmislio i sam termin prema [[latinski jezik|latinskom]] glagolu ''diffringere'' ("raspasti se na dijelove").<ref>{{cite book|title=Memoires pour l'histoire des sciences et des beaux arts|author=J. L. Aubert|publisher=Impr. de S. A. S.; Chez E. Ganeau|place=[[Pariz]]|year=1760|page=149|url=https://books.google.com/?id=3OgDAAAAMAAJ&pg=PP151}}</ref><ref>{{cite book|title=A Treatise on Optics|author=D. Brewster|year=1831|publisher=Longman, Rees, Orme, Brown i Green i John Taylor|place=[[London]]|page = 95|url = https://books.google.com/?id=opYAAAAAMAAJ&pg=RA1-PA95}}</ref> Kasnije u tom stoljeću Robert Hooke i Isaac Newton također su opisali pojavu danas poznatu kao difrakcija u [[Newtonovi prstenovi|Newtonovim prstenovima]],<ref>{{cite book|author=R. Hooke|title=Micrographia: or, Some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying glasses|url=https://archive.org/details/b30326370|place=London|publisher=J. Martyn i J. Allestry|year=1665|isbn=0-486-49564-7}}</ref> dok je [[James Gregory (matematičar)|James Gregory]] zabilježio svoja zapažanja o difrakcijskim uzorcima na ptičijim perima.<ref>{{cite journal|author=H. W. Turnbull|title=Early Scottish Relations with the Royal Society: I. James Gregory, F. R. S. (1638–1675)|journal = Notes and Records of the Royal Society of London|year=1940–1941|volume=3|page=22|doi=10.1098/rsnr.1940.0003|jstor = 531136}}</ref>

Prvi talasnooptički model difrakcije koji se oslanjao na [[Huygens–Fresnelov princip]] razvio je 1803. [[Thomas Young]] u [[Youngov interferencijski eksperiment|svojim interferencijskim eksperimentima]] s interferencijskim shemama dobijenim na dvama uskim otvorima na malom međusobnom rastojanju. Young je pokazao da se njegovi rezultati mogu objasniti jedino ako se ovi uski otvori ponašaju kao dva jedinstvena izvora talasa, a ne kao izvori čestica.<ref>{{cite book|author=T. Rothman|authorlink=Tony Rothman|title=Everything's Relative and Other Fables in Science and Technology|publisher=Wiley|place=[[New Jersey]]|year=2003|isbn=0-471-20257-6|url-access=registration|url=https://archive.org/details/everythingsrelat0000roth}}</ref> Godine 1815. i 1818. Augustin-Jean Fresnel čvrsto je matematički objasnio kako interferencija talasa može biti odgovorna za difrakciju.<ref name=hecht/>

Najjednostavniji fizički modeli difrakcije koriste jednačine koje opisuju ugaono odvajanje svijetlih i tamnih šara zbog svjetlosti specifične talasne dužine (λ). Općenito, jednačina ima oblik

:<math>m \lambda = d \sin \theta,</math>

gdje je <math>d</math> razdvajanje između izvora dvaju talasnih frontova (u slučaju Youngovih eksperimenata to su bila dva uska otvora), <math>\theta</math> je ugaono razdvajanje između centralne šare i šare <math>m</math>-tog reda, gdje je centralni maksimum <math>m = 0</math>.<ref name=diffraction>{{cite book|title=University Physics 8e|author=H. D. Young|publisher=Addison-Wesley|year=1992|isbn=0-201-52981-5}} 38. poglavlje</ref>

Ova jednačina malo je modificirana kako bi uzela u obzir razne situacije, kao što su difrakcija kroz jedan otvor, difrakcija kroz više otvora ili difrakcija kroz [[difrakcijska rešetka|difrakcijsku rešetku]] koja sadrži velik broj otvora na jednakim razmacima.<ref name=diffraction/> Kompliciraniji modeli difrakcije zahtijevaju rad s matematikom [[Fresnelova difrakcija|Fresnelove]] ili [[Fraunhoferova difrakcija|Fraunhoferove difrakcije]].<ref name=phyoptics>{{cite book|author=R. S. Longhurst|title=Geometrical and Physical Optics, 2. izdanje|year=1968|publisher=Longmans|location=London}}</ref>

[[Rendgenska difrakcija]] iskorištava činjenicu da atomi u [[kristal]]u imaju jednak razmak na rastojanjima koja su u redu 1 [[ongstrem]]a. Da bi se vidjele difrakcijske sheme, rendgenske zrake s talasnim dužinama sličnim tom rastojanju puštaju se da prođu kroz kristal. Budući da su kristali trodimenzionalni objekti, a ne dvodimenzionalne rešetke, povezane difrakcijske sheme variraju u dva smjera u skladu sa [[Braggova refleksija|Braggovom refleksijom]], pri čemu se povezane svijetle tačke pojavljuju u [[Difrakcijska topografija|jedinstvenim shemama]], a <math>d</math> je dvaput veće od razmaka između atoma.<ref name=diffraction/>

Difrakcijski efekti ograničavaju sposobnost optičkog detektora da [[Optička rezolucija|optički razloži]] odvojene izvore svjetlosti. Općenito, svjetlost koja prolazi kroz [[otvor blende]] (aperturu) imat će difrakciju i najbolje slike koje se mogu proizvesti (kao što je opisano u [[Difrakcijski ograničen sistem|difrakcijski ograničenoj optici]]) pojavljuju se kao centralna tačka sa svijetlim prstenovima oko sebe, odvojena tamnim prazninama; ova shema poznata je kao Airyjeva shema, a centralna svijetla tačka kao [[Airyjev disk]].<ref name=hecht/> Veličina takvog diska određuje se pomoću formule

:<math> \sin \theta = 1,22 \frac{\lambda}{D},</math>

gdje je ''θ'' ugaona rezolucija, ''λ'' talasna dužina svjetlosti, a ''D'' [[prečnik]] otvora blende. Ako je ugaono razdvajanje dviju tačaka značajno manje od ugaonog poluprečnika Airyjevog diska, onda se te dvije tačke ne mogu razlikovati na slici, ali ako je njihovo ugaono razdvajanje mnogo veće, formiraju se jasne slike ovih dviju tačaka i one se stoga mogu razdijeliti. [[John William Strutt Rayleigh|Rayleigh]] je definirao donekle proizvoljni [[Ugaona rezolucija#Objašnjenje|"Rayleighov kriterij"]] da se za dvije tačke čije je ugaono razdvajanje jednako poluprečniku Airyjevog diska (mjereno do prve nule, tj. do prvog mjesta gdje se ne vidi nikakva svjetlost) može smatrati da su razdijeljene. Može se vidjeti da je rezolucija kvalitetnija što je veći prečnik leće ili otvora blende.<ref name=diffraction/> [[Astronomski interferometar|Interferometrija]], sa svojom sposobnošću da oponaša ekstremno velike large aperture baseline, omogućuje najveću moguću ugaonu rezoluciju.<ref name=interferometry/>

Kod astronomskog slikanja atmosfera sprečava postizanje optimalne rezolucije u vidljivom spektru usljed atmosferskog [[rasijanje|rasijanja]] i raspršivanja (disperzije) koji uzrokuju da zvijezde [[Svjetlucanje (astronomija)|svjetlucaju]]. Astronomi za ovaj efekt koriste termin kvalitet [[astronomska vidljivost|astronomske vidljivosti]]. Tehnike poznate kao [[adaptivna optika]] korištene su da se eliminira atmosfersko kvarenje slika i postignu rezultati koji se približavaju difrakcijskom ograničenju.<ref>{{cite web |url= http://www.mrao.cam.ac.uk/telescopes/coast/theses/rnt/ |title= Lucky Exposures: Diffraction limited astronomical imaging through the atmosphere |author= Robert Nigel Tubbs |accessdate=27. 6. 2016 |archiveurl= https://web.archive.org/web/20081005013157/http://www.mrao.cam.ac.uk/telescopes/coast/theses/rnt/ |archivedate=5. 10. 2008 |url-status= dead }}</ref>

==== Raspršivanje i rasijanje ====
{{Glavni|Raspršivanje (optika)|Rasijanje}}
[[Datoteka:Light dispersion conceptual waves.gif|mini|desno|Konceptualna animacija raspršivanja svjetlosti kroz prizmu. Svjetlost visoke frekvencije (plava) najviše je zakrivljena, a svjetlost niske frekvencije (crvena) najmanje.]]

Refraktivni procesi odvijaju se u granicama talasne optike, gdje je talasna dužina svjetlosti slična ostalim rastojanjima, kao jedan vid rasijanja. Najjednostavniji tip rasijanja jest [[Thomsonovo rasijanje]], koje se dešava kad se elektromagnetni talasi zakrive usljed djelovanja pojedinih čestica. U granicama Thomsonovog rasijanja, u kojem je talasna priroda svjetlosti očita, svjetlost se raspršuje nezavisno od frekvencije, za razliku od [[Comptonovo rasijanje|Comptonovog rasijanja]], koje je zavisno od frekvencije i strogo kvantnomehanički proces, a uključuje čestičnu prirodu svjetlosti. U statističkom smislu, elastično rasijanje svjetlosti djelovanjem brojnih čestica mnogo manjih od talasne dužine svjetlosti jest proces poznat kao [[Rayleighovo rasijanje]], dok je sličan proces rasijanja djelovanje čestica koje su slične talasnoj dužini ili veće od nje poznat kao [[Mieovo rasijanje]], čiji je najčešće primijećen rezultat [[Tyndallov efekt]]. Manja količina rasijanja svjetlosti od atoma ili molekula može proći kroz [[Ramanovo rasijanje]], u kojem se frekvencija mijenja usljed uzbuđenosti atoma i molekula. [[Brillouinovo rasijanje]] dešava se kad se frekvencija svjetlosti mijenja zbog lokalnih promjena u vremenu i kretanju gustih materijala.<ref>{{cite book|author1=C. F. Bohren |author2=D. R. Huffman |lastauthoramp=yes |title=Absorption and Scattering of Light by Small Particles|publisher=Wiley|year=1983|isbn=0-471-29340-7}}</ref>

Do raspršivanje (disperzije) dolazi kad različite frekvencije svjetlosti imaju različite [[fazna brzina|fazne brzine]], bilo zbog svojstava materijala (''materijalno raspršivanje''), bilo zbog geometrije [[svjetlovod]]a (''svjetlovodno raspršivanje''). Najpoznatiji oblik raspršivanja jest smanjenje indeksa prelamanja s povećanjem talasne dužine, koje je vidljivo kod većine prozirnih materijala. Ovo se naziva "normalnim raspršivanjem". Dešava se u svim [[dielektrik|dielektričnim materijalima]] u rasponima talasnih dužina pri kojima materijal ne upija svjetlost.<ref name=J286>{{cite book|author=J. D. Jackson|title=Classical Electrodynamics|edition=2.|publisher=Wiley|year=1975|isbn=0-471-43132-X|page=[https://archive.org/details/classicalelectro00jack_0/page/286 286]|url=https://archive.org/details/classicalelectro00jack_0/page/286}}</ref> U rasponima talasnih dužina pri kojima sredina ima značajno upijanje svjetlosti indeks prelamanja može porasti s talasnom dužinom. Ovo se naziva "anomalnim raspršivanjem".<ref name=Geoptics/><ref name=J286/>

Razdvajanje boja pomoću prizme primjer je normalnog raspršivanja. Na površinama prizme Snellov zakon predviđa da će upadna svjetlost pod uglom ''θ'' na normalu biti prelomljena pod uglom arcsin(sin (θ)/''n''). Prema tome, plava svjetlost, koja ima veći indeks prelamanja, zakrivljuje se više od crvene svjetlosti, što rezultira dobro poznatim uzorkom [[duga|duginih boja]].<ref name=Geoptics/>

[[Datoteka:Wave group.gif|frame|Raspršivanje: dvije sinusoide koje se šire različitim brzinama tvore pokretnu shemu interferencije. Crvena tačka kreće se [[fazna brzina|faznom brzinom]], a zelene tačke kreću se [[grupna brzina|grupnom brzinom]]. U ovom slučaju fazna brzina dvostruko je veća od grupne. Crvena tačka prestiže dvije zelene kad se kreće slijeva nadesno na ovoj slici. Ustvari, pojedinačni talasi (koji se kreću faznom brzinom) bježe od jata talasa (koje se kreće grupnom brzinom).]]

Materijalno raspršivanje često je karakterizirano [[Abbeov broj|Abbeovim brojem]], koji daje jednostavnu mjeru raspršivanja zasnovanu na indeksu prelamanja pri trima specifičnim talasnim dužinama. Svjetlovodno raspršivanje zavisi od [[konstanta širenja|konstante širenja]].<ref name=hecht/> Obje vrste raspršivanja uzrokuju promjene u grupnim karakteristikama talasa, tj. onim karakteristikama jata talasa koje se mijenjaju pri istoj frekvenciji kao amplituda elektromagnetnog talasa. "Grupnobrzinsko raspršivanje" manifestira se kao širenje signalne "omotnice" zračenja i može se kvantificirati pomoću parametra kašnjenja grupnog raspršivanja:

:<math>D = \frac{1}{v_g^2} \frac{dv_g}{d\lambda},</math>

gdje je <math>v_g</math> [[grupna brzina]].<ref name=optnet>{{cite book|author1=R. Ramaswami |author2=K. N. Sivarajan |title=Optical Networks: A Practical Perspective |url=https://books.google.com/books?id=WpByp4Ip0z8C&printsec=frontcover |isbn=0-12-374092-4 |publisher=Academic Press |location=London |year=1998}}</ref> Za jednoličnu sredinu grupna brzina jest

:<math>v_g = c \left( n - \lambda \frac{dn}{d\lambda} \right)^{-1},</math>

gdje je ''n'' indeks prelamanja, a ''c'' brzina svjetlosti u vakuumu.<ref>Brillouin, Léon, ''Wave Propagation and Group Velocity'', "Academic Press Inc.", New York City, 1960.</ref> Ovo daje jednostavniji oblik parametra kašnjenja raspršivanja:

:<math>D = - \frac{\lambda}{c} \, \frac{d^2 n}{d \lambda^2}.</math>

Ako je ''D'' manje od nule, kaže se da sredina ima ''pozitivno'' ili normalno raspršivanje. Ako je ''D'' veće od nule, sredina ima ''negativno raspršivanje''. Ako se svjetlosni puls kreće kroz sredinu s normalnim raspršivanjem, rezultat je da komponente s višom frekvencijom usporavaju više nego komponente s nižom frekvencijom. Puls stoga postaje ''pozitivno frekvencijski moduliran'' i frekvencija mu se povisuje s protokom vremena. Ovo uzrokuje da se spektar koji izlazi iz prizme pojavljuje u takvom stanju da je crvena svjetlost najmanje, a plava/ljubičasta svjetlost najviše prelomljena. Obrnuto, ako se puls kreće kroz sredinu s anomalnim (negativnim) raspršivanjem, komponente s višom frekvencijom kreću se brže od onih s nižom frekvencijom, pa puls postaje ''negativno frekvencijski moduliran'' i frekvencija mu se snižava s protokom vremena.<ref>{{cite book|author1=M. Born |author2=E. Wolf |lastauthoramp=yes |authorlink = Max Born|title=Principle of Optics|publisher= Štamparija Univerziteta Cambridge |year=1999|location=[[Cambridge]]|pages=14–24|isbn=0-521-64222-1}}</ref>

Rezultat grupnobrzinskog raspršivanja, bio negativan ili pozitivan, jest konačno vremensko širenje pulsa. Ovo čini upravljanje raspršivanjem izuzetno važnim u optičkim komunikacijskim sistemima zasnovanim na optičkim vlaknima s obzirom na to da, ako je raspršivanje preveliko, grupa pulsova koji nose informaciju raširit će se s protokom vremena i spojiti, što izvlačenje signala čini nemogućim.<ref name=optnet/>

==== Polarizacija ====
{{Glavni|Polarizacija (talasi)}}
Polarizacija je opće svojstvo talasa koje opisuje orijentaciju njihovih oscilacija. Kod [[transverzalni talas|transverzalnih talasa]], kakvi su mnogi elektromagnetni, opisuje orijentaciju oscilacija u ravni okomitoj na smjer kretanja talasa. Oscilacije mogu biti orijentirane u jednom smjeru ([[linearna polarizacija]]) ili se smjer oscilacija može rotirati dok se talas kreće ([[Kružna polarizacija|kružna]] ili [[eliptična polarizacija]]). Kružno polarizirani talasi mogu rotirati udesno ili ulijevo u smjeru kretanja, a to koja je od ove dvije rotacije prisutna u talasu zove se talasna [[Polarimetrija|hiralnost]].<ref name=light>{{cite book|title=University Physics 8e|author=H. D. Young|publisher=Addison-Wesley|year=1992|isbn=0-201-52981-5}} 34. poglavlje</ref>

Tipičan način za razmatranje polarizacije jest praćenje orijentacije [[Euklidov vektor|vektora]] električnog polja za vrijeme kretanja elektromagnetnog talasa. Vektor električnog polja ravnog talasa može se proizvoljno podijeliti na dvije okomite komponente označene ''x'' i ''y'' (dok '''z''' označuje smjer kretanja). Oblik koji vektor električnog polja iscrtava u ravni x-y jest [[Lissajousova kriva|Lissajousova slika]] koja opisuje ''stanje polarizacije''.<ref name=hecht/> Sljedeće slike pokazuju neke primjere evolucije vektora električnog polja (plava boja), s protokom vremena (okomite ose), u određenoj tački u prostoru, uzduž njegovih komponenti ''x'' i ''y'' (crvena/lijevo i zelena/desno) i putanju koju vektor iscrtava u ravni (purpurna): ista evolucija desila bi se kad bi se električno polje posmatralo u određenom vremenu dok se tačka kreće u prostoru u smjeru suprotnom od njenog kretanja.

<div style="float:left;width:170px">
[[Datoteka:Polarisation (Linear).svg|center|Dijagram linearne polarizacije]]
<center>''Linearna polarizacija''</center>
</div>
<div style="float:left;width:170px">
[[Datoteka:Polarisation (Circular).svg|center|Dijagram kružne polarizacije]]
<center>''Kružna polarizacija''</center>
</div>
<div style="float:left;width:170px">
[[Datoteka:Polarisation (Elliptical).svg|center|Dijagram eliptične polarizacije]]
<center>''Eliptična polarizacija''</center>
</div>
{{Raščistiti}}

Na slici lijevo komponente ''x'' i ''y'' nalaze se u fazi. U ovom slučaju omjer njihovih snaga konstantan je, pa je i smjer električnog vektora (vektorski zbir ovih dviju komponenti) konstantan. Budući da vrh vektora ispisuje jednu liniju u ravni, ovaj specijalni slučaj naziva se [[linearna polarizacija]]. Smjer ove linije zavisi od relativnih amplituda dviju komponenti.<ref name=light/>

Na slici u sredini dvije ortogonalne komponente imaju iste amplitude i van faze su 90°. U ovom slučaju jedna komponenta jest nula, a druga ima maksimalnu ili minimalnu amplitudu. Postoje dva moguća odnosa faza koja ispunjavaju ovaj zahtjev: komponenta ''x'' može biti 90° ispred komponente ''y'' ili 90° iza nje. U ovom specijalnom slučaju električni vektor ispisuje kružnicu u ravni, pa se ova polarizacija zove kružna. Smjer rotacije u krugu zavisi od toga koji je od dva odnosa faza prisutan, pa postoje ''kružna polarizacija udesno'' i ''kružna polarizacija ulijevo''.<ref name=hecht/>

U svim ostalim slučajevima, kad ove dvije komponente nemaju iste amplitude i/ili njihova fazna razlika nije nula ili broj pomnožen sa 90°, polarizacija se naziva [[eliptična polarizacija|eliptičnom]] zato što električni vektor ispisuje [[elipsa|elipsu]] u ravni (''polarizacijsku elipsu''). Ovo je prikazano na slici desno. Detaljne matematičke kalkulacije polarizacije rade se pomoću [[Jonesov račun|Jonesovog računa]] i karakteriziraju ih [[Stokesovi parametri]].<ref name=hecht/>

===== Mijenjanje polarizacije =====
Sredine koje imaju različite indekse prelamanja za različite etape u polarizaciji nazivaju se ''[[dvolomnost|dvolomnima]]''.<ref name=light/> Dobro poznate manifestacije ovog efekta pojavljuju se u optičkim [[Talasna ploča|talasnim pločama]] (linearne etape) i [[Faradayev efekt|Faradayevoj]] i [[optička rotacija|optičkoj rotaciji]] (kružne etape).<ref name=hecht/> Ako je dužina putanje u dvolomnoj sredini dovoljna, ravni talasi izaći će iz materijala sa značajno drugačijim smjerom kretanja usljed refrakcije. Naprimjer, ovo je slučaj s makroskopskim kristalima [[kalcit]]a, koji gledaocu pružaju dvije različite, ortogonalno polarizirane slike onoga što se gleda kroz njih. Upravo je ovaj efekt omogućio otkriće polarizacije od strane [[Rasmus Bartholin|Rasmusa Bartholina]] 1669. Osim toga, promjena faze, a samim tim i polarizacijskog stanja, obično zavisi od frekvencije, koja, u kombinaciji sa [[dihroizam|dihroizmom]], često stvara svijetle boje i efekte dúge. U [[mineralogija|mineralogiji]], takva svojstva, poznata kao [[pleohroizam]], često se iskorištavaju u svrhu identificiranja minerala pomoću polarizacijskih [[mikroskop]]a. Također, mnoge vrste plastike koje normalno nisu dvolomne postat će takve kad se izlože [[mehanički napon|mehaničkom naponu]], pojavi koja je osnova za [[fotoelastičnost]].<ref name=light/> Nedvolomne metode, za rotiranje linearne polarizacije svjetlosnih snopova, uključuju upotrebu prizmatskih [[polarizacijski rotator|polarizacijskih rotatora]], koji koriste [[Potpuna unutrašnja refleksija|potpunu unutrašnju refleksiju]] u setu prizmi dizajniranih za efikasan kolinearni prijenos.<ref>{{cite book |author=F. J. Duarte |authorlink = F. J. Duarte |title=Tunable Laser Optics |edition= 2. |publisher=CRC |year=2015 |location=New York City |pages=117–120 |isbn=978-1-4822-4529-5 |url=http://www.tunablelaseroptics.com}}</ref>

[[Datoteka:Malus law-bs.svg|desno|mini|350px|Polarizator mijenja orijentaciju linearno polarizirane svjetlosti.<br>Na ovoj slici ''θ''<sub>1</sub> – ''θ<sub>0</sub>'' = ''θ<sub>i</sub>''.]]
Sredine koje smanjuju amplitudu izvjesnih etapa polarizacije nazivaju se ''[[dihroizam|dihroičnima]]'', s uređajima koji blokiraju gotovo sve zračenje u jednoj etapi, poznatima kao ''polarizirajući filteri'' ili jednostavno "[[polarizator]]i". Malusov zakon, koji je nazvan po [[Étienne-Louis Malus|Étienne-Louisu Malusu]], kaže da, kad se savršeni polarizator postavi u linearno polariziran svjetlosni snop, jačina svjetlosti (''I'') koja prolazi kroz filter dobije se pomoću formule

:<math> I = I_0 \cos^2 \theta_i \quad,</math>
gdje je
:''I''<sub>0</sub> početna jačina,
:a ''θ<sub>i</sub>'' ugao između početnog smjera polarizacije svjetlosti i osi polarizatora.<ref name=light/>

Za snop nepolarizirane svjetlosti može se smatrati da sadrži uniformnu mješavinu linearnih polarizacija pod svim mogućim uglovima. Budući da prosječna vrijednost <math>\cos^2 \theta</math> jest 1/2, koeficijent prijenosa ima oblik

:<math> \frac {I}{I_0} = \frac {1}{2}\quad.</math>

U praksi, dio svjetlosti izgubi se u polarizatoru, a stvarni prijenos nepolarizirane svjetlosti bit će nešto niži od ovoga, oko 38% kod polaroidnih tipova polarizatora, ali značajno viši (>49,9%) kod nekih dvolomnih tipova prizmi.<ref name=hecht/>

Pored dvolomnosti i dihroizma u proširenim sredinama, efekti polarizacije također se mogu desiti na (reflektivnoj) graničnoj površini između dva materijala različitih indeksa prelamanja. Ovi efekti razmatraju se pomoću [[Fresnelove jednačine|Fresnelovih jednačina]]. Jedan dio talasa se prenosi, dok drugi dio biva reflektiran, a omjer zavisi od upadnog ugla i ugla refrakcije. Na ovaj način u talasnu optiku uvodi se [[Brewsterov ugao]].<ref name=hecht/> Kad se svjetlost reflektira od tankog sloja na neku površinu, interferencija između reflektiranih zraka od površinâ ovog sloja može proizvesti polarizaciju u reflektiranoj i prenesenoj svjetlosti.

===== Prirodna svjetlost =====
[[Datoteka:CircularPolarizer.jpg|desno|mini|400px|Efekti [[Fotografski filter#Polarizator|polarizirajućeg filtera]] na nebu na fotografiji. Slika lijevo snimljena je bez polarizatora. Na slici desno filter je podešen da eliminira izvjesne polarizacije rasijane plave svjetlosti s neba.]]
Većina izvora [[elektromagnetno zračenje|elektromagnetnog zračenja]] sadrži velik broj atoma ili molekula koji emitiraju svjetlost. Orijentacija električnih polja koja ovi emiteri proizvode može ne biti u [[Statistička korelacija|korelaciji]] i u tom slučaju za svjetlost se kaže da je ''nepolarizirana''. Ako postoji djelomična korelacija između emitera, svjetlost je ''djelomično polarizirana''. Ako je polarizacija postojana širom spektra izvora, djelomično polarizirana svjetlost može se opisati kao superpozicija potpuno nepolarizirane komponente i potpuno polarizirane. Svjetlost bi onda mogla biti opisana u pogledu [[stepen polarizacije|stepena polarizacije]] i parametara polarizacijske elipse.<ref name=hecht/>

Svjetlost reflektirana od sjajnih prozirnih materijala djelomično je ili potpuno polarizirana, osim kad je svjetlost okomita na površinu. Upravo je ovaj efekt omogućio matematičaru Étienne-Louisu Malusu da izvrši mjerenja koja su mu omogućila da razvije prve matematičke modele za polariziranu svjetlost. Polarizacija se dešava kad je svjetlost rasijana u [[Zemljina atmosfera|atmosferi]]. Rasijana svjetlost proizvodi svjetlinu i boju na vedrom [[nebo|nebu]]. Ova djelomična polarizacija rasijane svjetlosti može se iskoristiti upotrebom polarizirajućih filtera da se zatamni nebo na [[Nauka fotografije|fotografijama]]. Optička polarizacija uglavnom je važna u [[hemija|hemiji]] zbog [[kružni dihroizam|kružnog dihroizma]] i optičke rotacije ("''kružne dvolomnosti''"), koju ispoljavaju [[optička rotacija|optički aktivne]] ([[hiralnost (hemija)|hiralne]]) molekule.<ref name=hecht/>

== Savremena optika ==
Obuhvata područja optičke nauke i inženjerstva, koja su postala popularna u 20. stoljeću. Ova područja optičke nauke obično se odnose na elektromagnetna ili kvantna svojstva svjetlosti, ali uključuju i druge teme. Glavna podoblast savremene optike, [[kvantna optika]], bavi se kvantnomehaničkim svojstvima svjetlosti. Ona nije samo teoretska; neki moderni uređaji, kao što su laseri, imaju princip rada koji zavisi od kvantne mehanike. Detektori svjetlosti, kao što su [[fotomultiplikator]]i i [[elektromultiplikator]]i, reagiraju na pojedinačne fotone. Elektroničke [[fotomatrica|fotomatrice]], poput [[CCD-senzor]]a, ispoljavaju [[statički šum]] koji odgovara statistici pojedinačnih fotonskih događaja. [[Svijetleća dioda|Svijetleće diode]] i [[Solarna ćelija|fotonaponske ćelije]], također, ne mogu se objasniti bez kvantne mehanike. U proučavanju ovih uređaja kvantna optika često se preklapa s [[kvantna elektronika|kvantnom elektronikom]].<ref>[[Daniel Frank Walls|D. F. Walls]], G. J. Milburn, ''Quantum Optics'', "Springer", 1994.</ref>

Specijalistička područja optičkih istraživanja uključuju proučavanje toga kako svjetlost međusobno djeluje sa specifičnim materijalima u smislu [[kristalooptika|kristalooptike]] ili [[metamaterijal]]a. Druga istraživanja fokusiraju se na fenomenologiju elektromagnetnih talasa u smislu [[optički vrtlog|singularne]], [[neslikovna optika|neslikovne]], [[nelinearna optika|nelinearne]] i [[statistička optika|statističke optike]], te [[radiometrija|radiometrije]]. Osim toga, [[računarsko inženjerstvo|računarski inženjeri]] zainteresirali su se za [[fotonsko integrirano kolo|integriranu optiku]], [[mašinski vid]] i [[optičko računanje|fotonsko računanje]] kao moguće komponente "sljedeće generacije" računara.<ref>{{cite book|author=Alastair D. McAulay|title=Optical computer architectures: the application of optical concepts to next generation computers|url=https://books.google.com/books?id=RuRRAAAAMAAJ|accessdate=12. 7. 2012|date=16. 1. 1991|publisher=Wiley|isbn=978-0-471-63242-9}}</ref>

Danas se nauka koja se bavi samo optičkim pojavama zove optička nauka ili [[optička fizika]] kako bi se razlikovala od primijenjenih optičkih nauka, koje se zajednički nazivaju [[optičko inženjerstvo]]. Među istaknute podoblasti optičkog inženjerstva spadaju [[rasvjeta|osvjetljivačko inženjerstvo]], [[fotonika]] i [[optoelektronika]], s praktičnim primjenama kao što su [[dizajn leća]], [[izrada i testiranje optičkih komponenti]] i [[obrada slike]]. Nekā se od ovih polja preklapaju, s nejasnim granicama između predmetnih termina koji imaju nešto malo drugačije značenje u različitim dijelovima svijeta i različitim granama industrije. Profesionalna zajednica istraživača u nelinearnoj optici razvila se u posljednjih nekoliko decenija zahvaljujući napretku u [[laser|laserskoj tehnologiji]].<ref>{{cite book|title=The principles of nonlinear optics|author=Y. R. Shen|publisher=Wiley-Interscience, New York |year = 1984 |isbn = 0-471-88998-9}}
</ref>

=== Laseri ===
{{Glavni|Laser}}
[[Datoteka:Military laser experiment.jpg|mini|Eksperimenti poput ovog s visokoenergetskim [[laser]]ima dio su istraživanja iz savremene optike.]]
Laser je uređaj koji emitira svjetlost (elektromagnetno zračenje) u procesu zvanom ''[[stimulirana emisija]]''. Naziv ''laser'' jest [[akronim]] za ''Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation'' (''Pojačanje svjetlosti pomoću stimulirane emisije zračenja'').<ref>{{cite web|accessdate=15. 5. 2008|url=http://dictionary.reference.com/browse/laser|title=laser|publisher=[[Reference.com]]}}</ref> Laserska svjetlost obično je prostorno [[koherentnost talasa|koherentna]], što znači da se svjetlost emitira u uskom, [[divergencija snopa|niskodivergentnom snopu]] ili se može konvertirati u takav snop pomoću optičkih komponenti kao što su [[leća (optika)|leće]]. Zbog toga što je [[mikrotalas]]ni ekvivalent lasera, ''maser'', razvijen prvi, uređaji koji emitiraju mikrotalase i [[Radiofrekvencija|radiofrekvencije]] obično se nazivaju ''maserima''.<ref>{{cite web |url= http://nobelprize.org/physics/laureates/1964/townes-lecture.pdf |title= Charles H. Townes – Nobel Lecture |publisher= nobelprize.org}}</ref>

[[Datoteka:The VLT’s Artificial Star.jpg|mini|lijevo|[[Vrlo veliki teleskop|VLT]]-ova laserski vođena zvijezda<ref>{{cite news|title=The VLT’s Artificial Star|url=http://www.eso.org/public/images/potw1425a/|accessdate=25. 6. 2014|work=ESO Picture of the Week}}</ref>]]

Prvi laser demonstrirao je 16. maja 1960. [[Theodore Maiman]] u [[Istraživačke laboratorije Hughes|Istraživačkim laboratorijama Hughes]].<ref>{{cite web|accessdate=15. 5. 2008|url=http://www.press.uchicago.edu/Misc/Chicago/284158_townes.html|title=The first laser|publisher=[[Univerzitet Chicago]]|author=C. H. Townes}}</ref> Kad su tek izumljeni, nazvani su "rješenjem koje traži problem".<ref>{{cite book|title=A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World|author=C. H. Townes|authorlink=Charles Hard Townes|chapter=The first laser|chapterurl=http://www.press.uchicago.edu/Misc/Chicago/284158_townes.html|editor1=Laura Garwin|editor2=Tim Lincoln|publisher=Štamparija Univerziteta Chicago|year=2003|pages=[https://archive.org/details/centuryofnaturet00garw/page/107 107–12]|isbn=0-226-28413-1|url=https://archive.org/details/centuryofnaturet00garw/page/107}}</ref> Otad su laseri postali industrija vrijedna više milijardi dolara, pronašavši hiljade raznovrsnih primjena. Prva primjena lasera vidljiva u svakodnevnom životu bio je čitač [[barkod]]ova u supermarketima, koji je u upotrebu uveden 1974.<ref>{{cite web |url=http://www.denso-wave.com/en/adcd/fundamental/barcode/index.html |title= What is a bar code? |publisher= denso-wave.com}}</ref> [[LaserDisc]]-plejer, uveden u upotrebu 1978, bio je prvi uspješan potrošački proizvod koji je sadržavao laser, ali je [[Compact disc|CD]]-plejer bio prvi uređaj opremljen laserom koji je postao zaista uobičajen u domovima potrošača, počevši od 1982.<ref name=BBC6950933>{{cite news|url=http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/6950933.stm|title=How the CD was developed
|publisher=BBC News|date=17. 8. 2007|accessdate=17. 8. 2007}}</ref> Ovi uređaji za [[optičko pohranjivanje podataka]] koriste [[poluprovodnički laser]] širine manje od milimetra za skeniranje površine diska za preuzimanje podataka. [[Prijenos informacija optičkim kabelom]] oslanja se na lasere za prenošenje velikih količina informacija brzinom svjetlosti. U ostale uobičajene primjene lasera spadaju [[laserski printer]]i i [[laserski pokazivač]]i. Laseri se koriste u medicini u područjima kao što su [[beskrvna hirurgija]], [[Laserska operacija#Operacija oka|laserska operacija oka]] i [[laserska mikrodisekcija]]. U vojne primjene spadaju sistemi [[protivraketna odbrana|protivraketne odbrane]], [[DIRCM|elektro-optičke protivmjere (EOCM)]] i [[lidar]]. Laseri se također koriste u [[holografija|hologramima]], [[laserska grafika|laserskoj grafici]], [[laserski svjetlosni šou|laserskim svjetlosnim šouima]] i [[laserska depilacija|laserskoj depilaciji]].<ref>{{cite book|author1=J. Wilson |author2=J. F. B. Hawkes |lastauthoramp=yes |year=1987|title=Lasers: Principles and Applications, Prentice Hall International Series in Optoelectronics|publisher=Prentice Hall|isbn=0-13-523697-5}}</ref>

=== [[Kapica–Diracov efekt]] ===
Ovaj efekt uzrokuje difrakciju snopova čestica kad naiđu na statični svjetlosni talas. Svjetlost se može koristiti za pozicioniranje materije pomoću raznih pojava (vidi članak [[Optička pinceta]]).

== Primjene ==
Optika je dio svakodnevnog života. Sveprisutnost [[vidni sistem|vidnih sistema]] u biologiji ukazuje na centralnu ulogu koju optika ima kao nauka o jednome od [[čulo|pet čula]]. Mnogi ljudi imaju koristi od [[naočale|naočala]] ili [[kontaktne leće|kontaktnih leća]], a optika je sastavni dio funkcioniranja mnogih potrošačkih proizvoda, uključujući [[kamera|kamere]]. Duge i [[miraž]]i primjeri su optičkih pojava. [[Optička komunikacija]] pruža glavni oslonac i za [[internet]] i za savremenu [[telefonija|telefoniju]].

=== Ljudsko oko ===
[[Datoteka:Eye-diagram no circles border.svg|300px|mini|desno|Model ljudskog oka. U ovom članku spomenuti su: 3. [[cilijarni mišić]], 6. [[zjenica]], 8. [[rožnjača]], 10. [[očna leća|leća]], 22. [[vidni živac]], 26. [[centralna jamica|jamica]] i 30. [[mrežnjača]].]]
{{Glavni|Ljudsko oko|Fotometrija (optika)}}

Ljudsko oko funkcionira tako što fokusira svjetlost na sloj [[fotoreceptor]]skih ćelija zvan [[mrežnjača]], koja čini unutrašnju "podstavu" stražnjeg dijela oka. Fokusiranje se postiže pomoću niza prozirnih sredina. Svjetlost koja ulazi u oko prvo prolazi kroz [[rožnjača|rožnjaču]], koja oku daje većinu njegove optičke moći. Svjetlost zatim nastavlja kroz tečnost odmah iza rožnjače – [[prednja očna komora|prednju očnu komoru]], potom prolazi kroz [[zjenica|zjenicu]], pa kroz [[očna leća|leću]], koja dalje fokusira svjetlost i omogućuje podešavanje žarišta. Svjetlost zatim prolazi kroz glavnu tečnost u oku – [[staklasto tijelo]] – i dolazi do mrežnjače. Ćelije u mrežnjači oblažu pozadinu oka, osim mjesta na kojem izlazi [[vidni živac]]; posljedica ovoga jest [[slijepa mrlja]].

Postoje dva tipa fotoreceptora, [[Štapićasta ćelija|štapići]] i [[Čepićasta ćelija|čepići]], koji su osjetljivi na različite aspekte svjetlosti.<ref name=eyeoptics>{{cite book|author1=D. Atchison |author2=G. Smith |lastauthoramp=yes |title=Optics of the Human Eye|url=https://archive.org/details/opticsofhumaneye0000atch |year=2000|isbn=0-7506-3775-7|publisher=Elsevier}}</ref> Štapići su osjetljivi na jačinu svjetlosti u širokom rasponu frekvencija, pa su stoga odgovorni za [[skotopski vid]] (crno-bijelo). Njih nema u [[centralna jamica|jamici]], dijelu mrežnjače odgovornom za centralni vid, i nisu tako osjetljivi na prostorne i vremenske promjene u svjetlosti kao čepići. Međutim, u mrežnjači ima 20 puta više štapića nego čepića zato što su štapići raspoređeni po većem području, pa su zbog toga odgovorni za [[periferni vid]].<ref name="Kandel">{{cite book|author1=E. R. Kandel|author2=J. H. Schwartz|author3=T. M. Jessell|title=Principles of Neural Science|edition=4.|year=2000|publisher=McGraw-Hill|place=New York City|isbn=0-8385-7701-6|pages=[https://archive.org/details/isbn_9780838577011/page/507 507–513]|url=https://archive.org/details/isbn_9780838577011/page/507}}</ref>

Suprotno ovome, čepići su manje osjetljivi na ukupnu jačinu svjetlosti, ali dolaze u tri vrste, koje su osjetljive na različite raspone frekvencija i stoga su zadužene za percepciju [[boja|boje]] i [[fotopski vid]]. Čepići su jako koncentrirani u jamici i imaju visoku vizualnu oštrinu, što znači da su bolji u prostornoj rezoluciji od štapića. Budući da čepići nisu toliko osjetljivi na slabu svjetlost kao štapići, za [[noćni vid]] zaduženi su većinom štapići. Isto tako, budući da se čepići nalaze u jamici, za centralni vid (uključujući vid potreban za čitanje, precizne poslove, kao što je šivanje, ili pažljivi pregled predmeta) odgovorni su upravo oni.<ref name="Kandel"/>

[[Cilijarni mišić]]i oko leće omogućuju oku podešavanje žarišta. Ovaj proces poznat je kao [[akomodacija oka|akomodacija]]. [[Tačka blizine]] i [[tačka daljine]] određuju najmanja i najveća rastojanja od oka na kojima se objekt može gledati u izoštrenom žarištu. Kod osoba s normalnim vidom tačka daljine nalazi se u beskonačnosti. Lokacija tačke blizine zavisi od toga koliko mišići mogu povećati zakrivljenost leće i koliko je leća postala nefleksibilna sa godinama. [[Optometrija|Optometričari]], [[oftalmologija|oftalmolozi]] i [[optičar]]i obično smatraju da je odgovarajuća tačka blizine bliža od normalne udaljenosti čitanja – približno 25&nbsp;cm.<ref name=eyeoptics/>

Defekti u vidu mogu se objasniti pomoću optičkih principa. Kako čovjek stari, leća postaje manje fleksibilna i tačka blizine udaljava se od oka, što je poznato kao [[staračka dalekovidnost]] (''prezbiopija''). Slično tome, osobe koje pate od [[dalekovidnost]]i (''hiperopije'') ne mogu dovoljno smanjiti žarišnu dužinu svojih leća kako bi omogućili da se predmeti u njihovoj blizini prikažu na njihovim mrežnjačama. Suprotno ovome, osobe koje ne mogu dovoljno povećati žarišnu dužinu svojih leća kako bi omogućili da se predmeti u njihovoj daljini prikažu na njihovim mrežnjačama pate od [[kratkovidnost]]i (''miopije'') i kod njih je tačka daljine značajno bliža od beskonačnosti. Stanje poznato kao [[astigmatizam oka|astigmatizam]] nastaje kad rožnjača nije sferična, nego više zakrivljena u jednom smjeru. Ovo uzrokuje da vodoravno "razvučeni" objekti budu u žarištu na različitim dijelovima mrežnjače u odnosu na okomito "razvučene" objekte i rezultira izobličenim slikama.<ref name=eyeoptics/>

Sva ova stanja mogu se ispraviti upotrebom [[korektivna leća|korektivnih leća]]. Kod staračke i urođene dalekovidnosti sabirne leće pružaju dodatnu zakrivljenost, koja je potrebna da bi se tačka blizine približila oku, dok kod kratkovidnosti rasipna leća pruža zakrivljenost koja je potrebna da bi se tačka daljine udaljila u beskonačnost. Astigmatizam se ispravlja lećama s [[valjak (geometrija)|cilindričnom površinom]], koje se jače zakrivljuju u jednom smjeru nego u drugom, nadoknađujući nejednolikost rožnjače.<ref name=lensdesign>{{cite web|url=http://www.opticampus.com/cecourse.php?url=lens_design/&OPTICAMP=f1e4252df70c63961503c46d0c8d8b60|title=Ophthalmic Lens Design|author=D. Meister|publisher=OptiCampus.com|accessdate=12. 11. 2008}}</ref>

[[Optička moć]] korektivnih leća mjeri se [[dioptrija|dioptrijom]], vrijednošću koja je jednaka [[recipročna vrijednost|recipročnoj vrijednosti]] žarišne dužine izmjerene u metrima; pozitivna žarišna dužina odgovara sabirnoj, a negativna rasipnoj leći. Za leće koje ispravljaju i astigmatizam daju se tri broja: jedan za sferičnu moć, jedan za cilindričnu moć i jedan za ugao orijentacije astigmatizma.<ref name=lensdesign/>

==== Vizualni efekti ====
{{Glavni|Optička iluzija|Perspektiva (likovna umjetnost)}}
{{Druga upotreba|vizualne efekte korištene u filmu, videu i računarskoj grafici|vizualni efekti}}
[[Datoteka:Ponzo illusion.gif|desno|mini|Ponzova iluzija oslanja se na činjenicu da paralelne linije izgledaju kao da se spajaju kako se približavaju beskonačnosti.]]
Optičke iluzije (također zvane vizualne iluzije) karakterizirane su [[čulo vida|vizualno percipiranim]] slikama koje se razlikuju od objektivne stvarnosti. Informacije koje oko sakuplja obrađuju se u mozgu i daju [[percepcija|percepciju]] koja se razlikuje od posmatranog objekta. Optičke iluzije mogu biti rezultat raznih pojava, uključujući fizičke efekte koji stvaraju slike koje su različite od objekata od kojih potječu, fiziološke efekte koji utječu na oči i mozak usljed pretjerane stimulacije (npr., svjetlina, nagib, boja, pokret) i kognitivne iluzije, u kojima oči i mozak donose [[nesvjesni zaključak|nesvjesne zaključke]].<ref>{{cite web|url=http://www.livescience.com/strangenews/080602-foresee-future.html|title=Key to All Optical Illusions Discovered|author=J. Bryner|publisher=LiveScience.com|date=2. 6. 2008}}</ref>

U kognitivne iluzije spadaju neke koje su rezultat nesvjesne pogrešne primjene izvjesnih optičkih principa. Naprimjer, i [[Amesova soba]] i [[Heringova iluzija|Heringova]], [[Müller-Lyer illusion|Müller-Lyerova]], [[Orbisonova iluzija|Orbisonova]], [[Ponzo iluzija|Ponzova]], [[Sanderova iluzija|Sanderova]] i [[Wundtova iluzija]] oslanjaju se na sugestiju privida udaljenosti upotrebom linija koje se u daljini spajaju ili razdvajaju, na isti način na koji za paralelne svjetlosne zrake (ili set bilo kojih paralelnih linija) izgleda da se spajaju u [[tačka nestajanja|tački nestajanja]] u beskonačnosti u dvodimenzionalno [[render (računarska grafika)|renderiranim]] [[perspektiva (likovna umjetnost)|slikama s umjetničkom perspektivom]].<ref>[http://mathdl.maa.org/convergence/1/?pa=content&sa=viewDocument&nodeId=477&bodyId=598 Geometry of the Vanishing Point] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080622055904/http://mathdl.maa.org/convergence/1/?pa=content&sa=viewDocument&nodeId=477&bodyId=598 |date=22. 6. 2008 }} na [http://mathdl.maa.org/convergence/1/ Convergenceu] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060212072618/http://mathdl.maa.org/convergence/1/ |date=2006-02-12 }}</ref> Ova sugestija odgovorna je i za poznatu [[Mjesečeva iluzija|Mjesečevu iluziju]], u kojoj [[Mjesec (satelit)|Mjesec]], uprkost tome što u suštini ima istu ugaonu veličinu, izgleda mnogo veći blizu [[horizont]]a nego kad je u [[zenit]]u.<ref>{{cite web |url= http://facstaff.uww.edu/mccreadd/ |title= The Moon Illusion Explained |author= Don McCready |publisher= Univerzitet Wisconsin-Whitewater |accessdate=24. 7. 2016 |archiveurl= https://web.archive.org/web/20151204212728/http://facstaff.uww.edu/mccreadd/ |archivedate=4. 12. 2015 |url-status= dead }}</ref> Ova iluzija toliko je zbunila Ptolemeja da ju je neispravno pripisao atmosferskoj refrakciji kad ju je opisao u svom traktatu ''Optika''.<ref name=Ptolemy/>

Drugi tip optičkih iluzija iskorištava razbijene sheme kako bi zavarao um i naveo ga da percipira simetričnosti ili asimetričnosti koje ne postoje. U primjere spadaju [[Zid kafića (iluzija)|zid kafića]], [[Ehrensteinova iluzija|Ehrensteinova]], [[Fraserova spiralna iluzija|Fraserova spiralna]], [[Poggendorffova iluzija|Poggendorffova]] i [[Zöllnerova iluzija]]. Povezane su, ali nisu strogo iluzije, sheme do kojih dolazi usljed superimpozicije periodičnih struktura. Naprimjer, [[prozirnost|prozirna]] tkiva s rešetkastom strukturom proizvode oblike poznate kao [[moare-shema]], dok superimpozicija periodičnih prozirnih shema koje se sastoje od paralelnih tamnih linija ili krivih linija proizvodi [[linijska moare-shema|linijske moare-sheme]].<ref>{{cite book|title=Energy Minimization Methods in Computer Vision and Pattern Recognition|author1=A. K. Jain |author2=M. Figueiredo |author3=J. Zerubia |publisher=Springer |year=2001|url = https://books.google.com/?id=yb8otde21fcC&pg=RA1-PA198|isbn=978-3-540-42523-6}}</ref>

==== Optički instrumenti ====
[[Datoteka:Table of Opticks, Cyclopaedia, Volume 2.jpg|mini|desno|300px|Ilustracije raznih optičkih instrumenata u ''[[Cyclopædia|Cyclopædiji]]'' (1728)]]
{{Glavni|Optički instrument}}
Pojedinačne leće imaju raznovrsne primjene, uključujući [[fotografski objektiv|fotografske objektiv]]e, korektivne leće i [[lupa|lupe]], dok se pojedinačna ogledala koriste u [[parabolično ogledalo|paraboličnim ogledalima]] i [[retrovizor]]ima. Kombiniranjem više ogledala, prizmi i leća dobijaju se složeni optički instrumenti koji imaju praktične primjene. Naprimjer, [[periskop]] se jednostavno sastoji od dva ravna ogledala postavljena tako da omogućuju gledanje preko prepreka. Najpoznatiji složeni optički instrumenti u nauci jesu [[optički mikroskop|mikroskop]] i [[optički teleskop|teleskop]], a oba su izumili [[Holanđani]] krajem 16. stoljeća.<ref name=instrument>{{cite book|title=University Physics 8e|author=H. D. Young|publisher=Addison-Wesley|year=1992|isbn=0-201-52981-5|chapter=36}}</ref>

Mikroskopi su najprije imali samo dvije leće: [[objektiv]] i [[okular]]. Objektiv je u suštini lupa i dizajniran je s vrlo malom [[žarišna dužina|žarišnom dužinom]], dok okular općenito ima veću. Ovo omogućuje dobijanje uvećane slike malih predmeta. Općenito, koristi se dodatni izvor osvjetljenja s obzirom na to da su uvećane slike tamnije zbog [[Zakon očuvanja energije|očuvanja energije]] i širenja svjetlosnih zraka po većoj površini. Savremeni mikroskopi, poznati kao ''složeni mikroskopi'', imaju više leća (obično četiri) da bi se optimizirala funkcionalnost i povećala stabilnost slike.<ref name=instrument/> Nešto drugačija vrsta mikroskopa, [[poredbeni mikroskop]], koristi se za poređenje dviju slika koje su jedna do druge da bi se dobio [[Stereoskopija|stereoskopski]] [[binokularni vid|binokularni]] prikaz, za koji se ljudskom oku čini da je trodimenzionalan.<ref>{{cite web|url=http://www.microscopyu.com/articles/stereomicroscopy/stereointro.html|title=Introduction to Stereomicroscopy|author1=P. E. Nothnagle |author2=W. Chambers |author3=M. W. Davidson |publisher=Nikon MicroscopyU}}</ref>

Prvi teleskopi, zvani ''[[refraktorski teleskop|refraktori]]'', također su imali po jedan objektiv i okular. Za razliku od mikroskopa, leća u objektivu teleskopa bila je dizajnirana s velikom žarišnom dužinom kako bi se izbjegle optičke aberacije. Objektiv je fokusirao sliku udaljenog predmeta na svojoj žarišnoj tački, koja je podešena tako da se nalazi u žarišnoj tački okulara, koji ima mnogo manju žarišnu dužinu. Glavni cilj teleskopa nije nužno uvećanje, nego skupljanje svjetlosti, koje je određeno fizičkom veličinom leće u objektivu. Stoga se teleskopi normalno označavaju po prečniku njihovih objektiva umjesto po uvećanju, koje se može promijeniti zamjenom okulara. Zbog toga što je uvećanje teleskopa jednako količniku žarišne dužine objektiva i žarišne dužine okulara, okulari s manjom žarišnom dužinom uzrokuju veće uvećanje.<ref name=instrument/>

Budući da je izrada velikih leća mnogo teža od izrade velikih ogledala, većina savremenih teleskopa jesu ''[[reflektorski teleskop]]i'', tj. teleskopi koji koriste ogledala umjesto leća. Na reflektore se primjenjuju iste opće optičke zakonitosti koje važe i za refraktore, tj. što je veće ogledalo, to se skupi više svjetlosti, a uvećanje je i dalje jednako količniku žarišne dužine objektiva i žarišne dužine okulara. Profesionalni teleskopi općenito nemaju okulare, nego instrument (često CCD-uređaj) smješten u žarišnoj tački.<ref name=instrument/>

=== Fotografija ===
{{Glavni|Nauka fotografije}}
[[Datoteka:Jonquil flowers at f32.jpg|mini|desno|300px|Fotografija snimljena pri otvoru blende ''f''/32]]
[[Datoteka:Jonquil flowers at f5.jpg|mini|desno|300px|Fotografija snimljena pri otvoru blende ''f''/5]]
Optika [[fotografija|fotografije]] uključuje i [[fotografska leća|leće]] i sredinu u kojoj se bilježi elektromagnetno zračenje, bilo da je to [[fotografske ploče|ploča]], [[fotografski film|film]] ili [[CCD-uređaj]]. Fotografi moraju uzeti u obzir [[Recipročnost (fotografija)|recipročnost]] fotoaparata i snimka, koja se sažeto može prikazati sljedećim odnosom:

:Ekspozicija ∝ Područje otvora blende &times; Vrijeme ekspozicije &times; Osvijetljenost  prizora<ref>{{cite book |title=Investigations on the Theory of the Photographic Process |author1=Samuel Edward Sheppard |author2=Charles Edward Kenneth Mees |lastauthoramp=yes |publisher=Longmans, Green and Co. |year=1907 |page = 214 |url = https://books.google.com/?id=luNIAAAAIAAJ&pg=PA214}}</ref>

Drugim riječima, što je otvor blende manji (to daje veću dubinu fokusa), to ulazi manje svjetlosti, pa se vrijeme mora produžiti (što dovodi do mogućeg zamućenja slike ako dođe do nekog kretanja). Primjer upotrebe zakona recipročnosti jest [[pravilo f/16]], koje daje grubu procjenu za postavke potrebne za procjenu odgovarajuće [[ekspozicija|ekspozicije]] pri dnevnoj svjetlosti.<ref>{{cite book|title=Mastering Black-and-White Photography |author=B. J. Suess |publisher=Allworth Communications |year=2003 |isbn=1-58115-306-6 |url= https://books.google.com/?id=7LaRPNINH_YC&pg=PT112}}</ref>

Otvor blende fotoaparata mjeri se bezdimenzionalnim brojem zvanim [[f-broj]] ili f-stop (''f/#'', često označen s <math>N</math>), a dobije se formulom
:<math>f/\# = N = \frac fD \ </math>,
gdje je <math>f</math> žarišna dužina, a <math>D</math> prečnik otvora kroz koji svjetlost ulazi. Po dogovoru, "''f/#''" se smatra jednim simbolom, a specifične vrijednosti ''f/#'' zapisuju se tako da se oznaka za broj zamijeni vrijednošću. Dva načina za povećanje f-broja jesu smanjivanje prečnika ulaznog otvora ili promjena na veću žarišnu dužinu (u slučaju [[zum-objektiv]]a ovo se može uraditi jednostavnim podešavanjem leće). Veći f-brojevi imaju i veću [[dubina polja|dubinu polja]] usljed toga što se leća približava granici [[stenopeična kamera|stenopeične kamere]], koja je u stanju savršeno fokusirati sve slike, bez obzira na udaljenost, ali zahtijeva vrlo duge ekspozicije.<ref>{{cite book|title=Basic Photography|author=M. J. Langford|isbn=0-240-51592-7|year=2000|publisher=Focal Press|url-access=registration|url=https://archive.org/details/basicphotography00lang}}</ref>

Vidno polje koje pruža leća mijenja se sa žarišnom dužinom leće. Postoje tri osnovne klasifikacije zasnovane na odnosu veličine dijagonale filma ili veličine senzora fotoaparata i žarišne dužine leće:<ref name="Bruce Warren, Photography, page 71">{{cite book|first=Bruce|last=Warren |title=Photography |url=https://books.google.com/books?id=sbdGeFem1zwC&pg=PA71 |year=2001 |publisher=Cengage Learning |isbn=978-0-7668-1777-7 |page=71}}</ref>

*[[Normalna leća]]: ugao pogleda oko 50° (zvan ''normalni'' zato što se za ovaj ugao smatra da je ugrubo ekvivalentan ljudskom vidu<ref name="Bruce Warren, Photography, page 71"/>), a žarišna dužina približno jednaka dijagonali filma ili senzora.<ref>{{cite book|title=View Camera Technique|author=Leslie D. Stroebel|publisher=Focal Press|year=1999|isbn=0-240-80345-0|url=https://books.google.com/?id=71zxDuunAvMC&pg=PA136}}</ref> <!-- Općenito je prihvaćeno da je 50 mm nešto duže od "normalnog" za 35-milimetarski film; ovo sam zasnovao na 75 milimetarskom filmu sa 6 × 4 cm. Možda je ugao širine bolji od dijagonale? -->
*[[Širokougaona leća]]: ugao pogleda širi od 60°, a žarišna dužina kraća nego kod normalne leće<ref>{{cite book|title=Using the View Camera|author=S. Simmons|publisher=Amphoto Books|year=1992|isbn=0-8174-6353-4|page=35}}</ref>
*[[Dugožarišna leća]]: ugao pogleda uži je nego kod normalne leće. Ovo je bilo koja leća čija je žarišna dužina veća od dijagonale filma ili senzora.<ref>{{cite book|author=Sidney F. Ray |title=Applied Photographic Optics: Lenses and Optical Systems for Photography, Film, Video, Electronic and Digital Imaging |url=https://books.google.com/books?id=cuzYl4hx-B8C&pg=PA294 |year=2002 |publisher=Focal Press |isbn=978-0-240-51540-3 |page=294}}</ref> Najčešći tip ove leće jest [[teleobjektiv]], koji koristi specijalnu ''teleobjektivsku grupu'' kako bi fizički bio kraći od svoje žarišne dužine.<ref>{{cite book|url = https://books.google.com/?id=zqkdNwRxSooC&pg=PA109 |title =The New York Times Guide to Essential Knowledge |author=[[The New York Times]] |isbn = 978-0-312-31367-8 |year=2004 |publisher= Macmillan}}</ref>

Savremene [[zum-leća|zum-leće]] mogu imati neke od ovih osobina ili sve njih.

Apsolutna vrijednost zahtijevanog vremena ekspozicije zavisi od toga koliko je sredina koja se koristi [[senzitometrija|senzitivna]] na svjetlost (mjereno [[osjetljivost filma|osjetljivošću filma]] ili, za digitalne sredine, [[kvantna efektivnost|kvantnom efektivnošću]]).<ref>{{cite book|title=Principles of Radiographic Imaging: An Art and a Science|author1=R. R. Carlton |author2=A. McKenna Adler |publisher=Thomson Delmar Learning|year=2000|isbn=0-7668-1300-2|url = https://books.google.com/?id=oA-eBHsapX8C&pg=PA318}}</ref> U počecima fotografije korištene su sredine s vrlo niskom osjetljivošću na svjetlost, pa su tako vremena ekspozicije morala biti duga čak i kod veoma svijetlih fotografija. S poboljšanjem tehnologije poboljšala se i osjetljivost, preko filmskih i digitalnih kamera.<ref>{{cite book|author=W. Crawford|title=The Keepers of Light: A History and Working Guide to Early Photographic Processes|url=https://archive.org/details/keepersoflighthi0000craw_t6q9|year=1979|publisher=Morgan & Morgan|location=[[Dobbs Ferry]] ([[New York (država)|New York]]|isbn=0-87100-158-6|page=[https://archive.org/details/keepersoflighthi0000craw_t6q9/page/20 20]}}</ref>

Drugi rezultati iz talasne i geometrijske optike primjenjuju se na optiku fotoaparata. Naprimjer, maksimalna sposobnost rezolucije pri specifičnim postavkama fotoaparata određena je [[difrakcijska granica|difrakcijskom granicom]] povezanom s veličinom ulaznog otvora za svjetlost, a dobija se, ugrubo, pomoću Rayleighovog kriterija.<ref>{{cite book|author=J. M. Cowley|year=1975|title=Diffraction physics|location=Amsterdam|publisher=North-Holland|isbn=0-444-10791-6}}</ref>

=== Atmosferska optika ===
{{Glavni|Atmosferska optika}}
[[Datoteka:Firesunset2edit.jpg|mini|desno|300px|Do raznobojnosti ili šarolikosti neba često dolazi usljed rasijanja svjetlosti od čestica i zagađenja, kao na ovoj fotografiji zalaska Sunca tokom [[Požari u Kaliforniji 2007.|požara]] u [[Kalifornija|Kaliforniji]] u oktobru 2007.]]
Jedinstvena optička svojstva atmosfere uzrokuju širok raspon spektakularnih optičkih fenomena. Plava boja neba direktan je rezultat [[Rayleighovo rasijanje|Rayleighovog rasijanja]], koje preusmjerava Sunčevu svjetlost s višom frekvencijom (plava) nazad u posmatračevo vidno polje. Zbog toga što se plava svjetlost lakše rasijava od crvene, Sunce poprima crvenkastu nijansu kad se posmatra kroz gustu atmosferu, kao prilikom [[Izlazak Sunca|izlaska]] ili [[Zalazak Sunca|zalaska]]. Dodatne čestične tvari na nebu mogu rasijati različite boje pod različitim uglovima stvarajući lijep sjaj na nebu u sumrak i zoru. Rasijavanje od kristala leda i drugih čestica u atmosferi odgovorno je za [[halo (optički fenomen)|halo]], [[crvenilo neba]], [[Korona (meteorologija)|koronu]], [[krepuskularne zrake]] i [[lažno Sunce]]. Varijacija u ovim vrstama pojava nastaje usljed različitih veličina čestica i njihovih geometrije.<ref name="autogenerated1">{{cite book|author=C. D. Ahrens|year=1994|title=Meteorology Today: an introduction to weather, climate, and the environment|edition=5.|pages=[https://archive.org/details/meteorologytoday00ahre/page/88 88–89]|publisher=West Publishing Company|isbn=0-314-02779-3|url=https://archive.org/details/meteorologytoday00ahre/page/88}}</ref>

[[Miraž]]i su optički fenomeni u kojima su svjetlosne zrake savijene zbog toplotnih varijacija u indeksu prelamanja zrâka, što proizvodi razbacane ili jako izobličene slike udaljenih predmeta. U ostale dramatične optičke fenomene povezane s ovim spada [[efekt Nove Zemlje]], prilikom kojeg se čini da Sunce izlazi ranije nego što je predviđeno i u deformiranom obliku. Spektakularan oblik refrakcije dešava se pri [[inverzija (meteorologija)|temperaturnoj inverziji]], a zove se [[fatamorgana]], prilikom koje predmeti na horizontu ili čak iza horizonta, kao što su ostrva, litice, brodovi ili ledeni bregovi, izgledaju izduženi i izdignuti, kao "dvorci iz bajki".<ref>{{cite web|url=http://mintaka.sdsu.edu/GF/mirages/mirintro.html|title=An Introduction to Mirages|author=A. Young}}</ref>

[[Duga|Duge]] su rezultat kombinacije unutrašnje refleksije i disperzivne refrakcije svjetlosti u kišnim kapima. Pojedinačna refleksija od mnoštva kišnih kapi proizvodi dugu, čija se ugaona veličina na nebu kreće od 40° do 42°, s crvenom bojom na vanjskoj strani. Dvostruke duge nastaju od dviju unutrašnjih refleksija s ugaonom veličinom od 50,5° do 54°, s ljubičastom bojom na vanjskoj strani. Budući da se duge vide kad je Sunce za 180° udaljeno od njihovog centra, one su izraženije što je Sunce bliže horizontu.<ref name=light/>

== Reference ==
{{refspisak|2}}

== Vanjske veze ==
{{Portal|Fizika}}
{{Commonscat|Optics}}
*[http://www.lightandmatter.com/area1book5.html Optics] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20050622052219/http://www.lightandmatter.com/area1book5.html |date=2005-06-22 }} – udžbenik o optici (''open-source'')
*[http://www.optics2001.com Optics2001] – biblioteka i zajednica
*[https://web.archive.org/web/20141110224226/http://marketplace.idexop.com/store/SupportDocuments/Fundamental_Optics_OverviewWEB.pdf Fundamental Optics] – tehnički vodič
*[http://optics.byu.edu/textbook.aspx Physics of Light and Optics] – knjiga za dodiplomski studij ([[Univerzitet "Brigham Young"]])

{{Grane fizike}}
{{Authority control}}

[[Kategorija:Optika]]
[[Kategorija:Elektromagnetni spektar]]
[[Kategorija:Primenjena i interdisciplinarna fizika]]
[[Kategorija:Filozofija prirode]]