ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์

ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์ (physical optics) หรือ ทัศนศาสตร์คลื่น (wave optics) เป็นสาขาหนึ่งของทัศนศาสตร์ในวิชาฟิสิกส์ และเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ต่าง ๆ เช่น การแทรกสอด การเลี้ยวเบน และ โพลาไรเซชัน ซึ่งไม่สามารถใช้การอธิบายในทางทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตได้ อย่างไรก็ตาม มักจะไม่รวมถึงปรากฏการณ์ที่จัดอยู่ในหมวดหมู่ของทฤษฎีอาพันธ์ เช่น สัญญาณรบกวนเชิงควอนตัม และ การสื่อสารด้วยเส้นใยนำแสง

หลักการ

คำว่า "ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์" บางครั้งก็ใช้เพื่อหมายถึง การประมาณความถี่สูง ที่ใช้กันทั่วไปในทัศนศาสตร์ วิศวกรรมไฟฟ้า และ ฟิสิกส์เชิงประยุกต์ ในกรณีดังกล่าว ถือเป็นวิธีการที่อยู่ระหว่างทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต ซึ่งไม่สนใจธรรมชาติความเป็นคลื่นของแสง และ ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอธิบายว่าแสงเป็นคลื่นโดยสมบูรณ์ ที่ใช้คำว่า "ฟิสิกส์" ก็เนื่องจากมีลักษณะเชิงฟิสิกส์มากกว่าเชิงเรขาคณิตหรือ ไม่ใช่เพราะเป็นทฤษฎีทางฟิสิกส์ล้วน ๆ

การประมาณนี้เริ่มจากพิจารณาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายในคลื่นแสง แล้วทำการหาปริพันธ์เพื่อคำนวณสนาแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผ่านหรือกระเจิง ซึ่งในถ้ามองในทางกลศาสตร์ควอนตัมนี่จะอธิบายได้ด้วยการประมาณของบอร์น

การประมาณนี้เป็นวิธีทั่วไปในการประมาณผลคร่าว ๆ ของการเลี้ยวเบนในทัศนศาสตร์

ในวิศวกรรมวิทยุ ใช้เพื่อประเมินปรากฏการณ์อย่างคร่าว ๆ ที่คล้ายกับปรากฏการณ์ทางแสงที่ปรากฏในเสาอากาศแบบสะท้อน หรือ การกระเจิงของเรดาร์ ในสาขานี้ การประมาณด้วยทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์จะอธิบายกระแสไฟฟ้าที่จะปรากฏใน ระนาบสัมผัสของวัสดุที่คล้ายกับวัสดุที่เป็นส่วนประกอบของวัตถุที่คลื่นวิทยุตกกระทบ โดยมองว่าเป็นกระแสไฟฟ้าบนตัวกระจายในแต่ละจุดบนคลื่น กระแสในพื้นที่เงาจะถือว่าเป็นศูนย์ สนามกระเจิงโดยประมาณนั้นได้มาจากการรวมกระแสเหล่านี้เข้าด้วยกัน ใช้ได้ดีสำหรับวัตถุนูนเรียบลื่นขนาดใหญ่และพื้นผิวที่มีการสะท้อนแสงต่ำ

แม้ว่าจะอธิบายการสะท้อน การแทรกสอด การเลี้ยวเบน และโพลาไรเซชันได้ถูกต้องไม่มากก็น้อย แต่ก็ค่อนข้างไม่ถูกต้องในย่านที่ห่างจากขอบเขตเชิงทัศนศาสตร์ และไม่สามารถอธิบายการพึ่งพิงโพลาไรเซชันของการเลี้ยวเบนได้ เนื่องจากเป็นการประมาณค่าความถี่สูง จึงมักจะแม่นยำในขอบเขตคลื่นวิทยุมากกว่า

เทคนิคที่คล้ายกันคือทฤษฎีการเลี้ยวเบนของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต ข้อบกพร่องบางประการของการประมาณทางทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์ที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้ทฤษฎีการเลี้ยวเบนของแสงเชิงเรขาคณิต แต่ในทางกลับกัน ข้อบกพร่องของทฤษฎีการเลี้ยวเบนของเลนส์เชิงเรขาคณิตบางครั้งสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการประมาณด้วยทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์

อ้างอิง

• Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th ed.). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์)Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th ed.). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์)
• Akhmanov, A ; Nikitin, S. Yu (1997). Physical Optics. Oxford University Press. ISBN 0-19-851795-5.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์)Akhmanov, A ; Nikitin, S. Yu (1997). Physical Optics. Oxford University Press. ISBN 0-19-851795-5.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์)
• "A Double-Edge-Diffraction Gaussian-Series Method for Efficient Physical Optics Analysis of Dual-Shaped-Reflector Antennas", Antennas and Propagation, August 2005, p. 2597
• "The physical optics method in electromagnetic scattering" J. S. Asvestas, Journal of Mathematical Physics, February 1980, Volume 21, Issue 2, pp. 290-299