تعريف علم البصريات
البصريات هي فرع من فروع الفيزياء التي تتعامل مع تحديد سلوك وخصائص الضوء وتفاعلاته مع المادة وكذلك مع الأدوات المستخدمة في اكتشافه، كما يستخدم علم البصريات، بطريقة بسيطة، لوصف سلوك الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية ، كما أدت دراسة البصريات إلى تطوير أجهزة مثل النظارات والعدسات اللاصقة والتلسكوبات والمجاهر والكاميرات والمناظير والليزر والألياف الضوئية وغيرها.
فروع علم البصريات
ينقسم علم البصريات إلى قسمين رئيسيين هما:
البصريات الهندسية
من التجارب اليومية مع الضوء، تم الوصول إلى أن الضوء ينتقل في الغالب في خطوط مستقيمة، وخلال الفترة السابقة، استخدم باحثو البصريات الهندسة لنمذجة هذا السلوك للضوء، إذ تم افتراض أن الضوء ينتقل مع الأشعة، وهذه المقاطع الخطية تكون مستقيمة في مساحة خالية، ولكنها قد تغير اتجاهها مع اصطدامه بشيء ما، وقد تم الوصول إلى قانونان لوصف ذلك، قانون الانعكاس وقانون الانكسار، وهما مرتبطان، ومن هذه القوانين، يمكن تحديد سلوك الأجهزة البصرية مثل التلسكوبات والمجاهر.
البصريات الفيزيائية
إذا تم النظر مرة أخرى إلى شعاع الضوء، فقد يتم اكتشاف جانب آخر من البصريات، تُظهر التجارب وجود بقعة مضيئة مركزية صغيرة جدًا تحيط بها حلقات، ولكن لا يمكن تفسير هذه الحلقات باستخدام البصريات الهندسية وحدها، وبالتالي ظهرت طبيعة موجة الضوء، إذ أن البصريات الفيزيائية هي دراسة الخصائص الموجية للضوء، والتي يمكن تصنيفها في ثلاث فئات وهي التداخل والحيود والاستقطاب.
تطبيقات علم البصريات
فيما يلي أهم التطبيقات التي يدخل بها علم البصريات:
الطب
تستخدم المعدات الطبية البصريات والضوئيات بكثير من الطرق، حيث تستخدم النظارات والعدسات اللاصقة والعدسات داخل العين وجراحة الليزك البصريات والضوئيات لتصحيح الرؤية، كما تدخل البصريات في معدات طب العيون، مثل التصوير المقطعي للتماسك البصري (OCT) في تشخيص الجلوكوما وأمراض العيون الأخرى في مراحلها الأولى، وتتوسع استخدامات الابصريات لاستخدامها في أمراض القلب وغيرها من المجالات، أيضًا تعتمد أجهزة التصوير الشعاعي للثدي والتصوير المقطعي المحوسب، وكذلك أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني على البصريات.
التصنيع
تدخل البصريات في الأدوات الآلية القائمة على الليزر ورؤية الآلة، وفي تصنيع وتمييز وفحص كل شيء من السيارات وخطوط الأنابيب إلى رقائق أشباه الموصلات في الهواتف المحمولة، ويستمر المجال في التقدم، مع طاقة أعلى ونبضات ليزر أقصر، وفهم أكبر للمواد الجديدة، مثل استخدام أدوات ومواد الطباعة الدقيقة بالأشعة السينية اللينة الجديدة لتصميم أدق التفاصيل على الرقائق الإلكترونية لاستخدامها في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر.
الاستخدامات الأمنية والدفاعية
تدخل تطبيقا البصريات التي يتم نشرها حاليًا في مجال منع وكشف الهجمات الإرهابية الكيميائية والبيولوجية والإشعاعية والنووية والتقليدية، فضلاً عن علاج الضحايا، إذ تعد المستشعرات القائمة على البصريات مفتاحًا للاستخبارات والمراقبة والاستطلاع، وكان التقدم في تكنولوجيا الليزر أمرًا بالغ الأهمية للدخول في المجالات العسكرية.
الطاقة الشمسية والحفاظ على الطاقة
أصبحت الخلايا والوحدات الشمسية الآن قادرة على المنافسة كمصادر للطاقة بسبب عقود من التقدم في البصريات والضوئيات التي تتداخل مع فيزياء الحالة الصلبة والعلوم الحرارية والمواد والكيمياء، أيضًا ستكون الطاقة الشمسية مصدرًا مهمًا للطاقة البديلة لمعالجة استقلالية الطاقة وتغير المناخ، ويرافق ذلك التسويق التجاري السريع لاستخدام الإضاءة القائمة على تكنولوجيا الـ LED والتي تساعد في الحفاظ على استهلاك الطاقة.
الاتصالات
تجعل شبكات اتصالات الألياف الضوئية الإنترنت ميسور التكلفة، حيث يمكن الوصول إليه في جميع أنحاء العالم، إذ تعمل الألياف الضوئية والمكونات والمعدات البصرية على إتاحة توصيل مقاطع الفيديو والصور والبيانات إلى جميع المجالات في العمل والمنزل، كما تدخل الألياف البصرية في الأبراج التي تتصل بهواتفنا المحمولة، أيضًا يستمر هذا المجال في التقدم إلى معدلات بيانات أعلى وتأخير أقل في نقل البيانات للحصول على المزيد من القدرات في أنظمة الاتصالات، مثل الشبكات اللاسلكية الناشئة 5G.
الاستكشاف العلمي
تتيح البصريات والضوئيات الاستكشاف العلمي سواء على نطاق صغير جدًا من الجسيمات دون الذرية أو على نطاق الكون، إذ تقوم أشعة الليزر الضخمة بتفجير الأهداف بطاقة هائلة لاستكشاف فيزياء الجسيمات والقوى دون الذرية، بالطريقة التي فعلتها المصادمات الفائقة حتى الآن، إذ أن معظم ما تم رصده في الكون تم الوصول إليه فقط من خلال البصريات، أولاً من الأطوال الموجية المرئية التي رصدها غاليليو وأيضًا الأطوال الموجية من الأشعة السينية إلى الأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو وحتى موجات الجاذبية المكتشفة بالضوء.
