Světlo a jeho vlastnosti
Světlo je elektromagnetické záření, které je viditelné lidským okem. Šíří se přímočaře, má vlnovou i částicovou povahu a jeho rychlost ve vakuu je přibližně 300 000 km/s. Světlo může být odraženo, pohlceno nebo lomeno.
Lom světla (refrakce)
Lom světla nastává, když paprsek prochází z jednoho optického prostředí do druhého (např. ze vzduchu do vody). Mění se při tom směr šíření světla. Tento jev popisuje Snellův zákon: n₁·sinα = n₂·sinβ, kde n je index lomu.
Čočky
Čočka je optická součástka z průhledného materiálu, která láme světlo. Rozlišujeme spojky (sbíhavé čočky) a rozptylky (rozbíhavé čočky). U čoček je důležitá ohnisková vzdálenost a optická mohutnost, značí se dioptriemi (D).
Spektrum světla
Viditelné světlo tvoří různé barvy s různou vlnovou délkou – tzv. spektrum. Při rozkladu bílého světla např. pomocí hranolu vzniká duhové spektrum: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, indigo a fialová (tzv. ROYGBIV).
Zrcadla
Zrcadlo je optická plocha, která odráží světlo. Rovinné zrcadlo vytváří obraz zdánlivý, stejně velký a převrácený stranově. U kulových zrcadel (duté, vypuklé) se obraz může měnit podle vzdálenosti od zrcadla.
Teorie kvantové optiky
Kvantová optika se zabývá chováním světla na úrovni jednotlivých fotonů. Moderní teorie zkoumají jevy jako kvantové provázání nebo kvantová teleportace, kde světlo může přenášet informace bez přímého přenosu částic. Tyto jevy nejsou vysvětlitelné klasickou fyzikou a nacházejí uplatnění například v kvantovém šifrování.
Nelineární optika
Nelineární optika zkoumá jevy, kdy intenzivní světlo mění optické vlastnosti materiálu. Typickým příkladem je generace druhé harmonické, kdy se frekvence světla zdvojnásobí. Využívá se v laserech a optoelektronice.
Optické solitony
Soliton je světelný impulz, který se díky rovnováze mezi disperzí a nelineárními efekty šíří beze změny tvaru. Nachází využití v optických vláknech pro přenos dat na velké vzdálenosti bez nutnosti zesilovačů.
Metapovrchy a řízení světla
Metapovrchy jsou umělé materiály s nanostrukturami, které umožňují přesné ovládání vlnoplochy světla. Jsou schopné ohýbat světlo extrémními způsoby a otevírají cestu k ultratenkým čočkám nebo neviditelným plášťům.
Plazmonika – světlo a kov
Plazmonika studuje interakci světla s volnými elektrony na kovových površích. Výsledkem jsou plazmony – kvazičástice s potenciálem pro extrémně malá optická zařízení, např. pro detekci biomolekul nebo vysokorychlostní čipy.
Optické kvantové výpočty
Světlo může být nositelem kvantových informací v tzv. qubitech. Pomocí interferometrických sítí a kvantových hradel lze provádět výpočty, které jsou klasickým počítačem neřešitelné. Optické kvantové čipy jsou klíčem k budoucnosti výpočetní techniky.