XIX ғасырдың бірінші жартысында толқындық оптиканың дамуы

XVIII ғасырдағы Ньютон механикасының жетістіктері физиканың барлық облыстарының дамуына себеп болды, әсіресе оптиканың дамуына.

Томас Юнг1773 жылы 13 маусымда дүниеге келген. Ағылшын ғалымы, жарықтың толқындық теориясын жасаушылардың бірі болып танылады. 1811 жылдан өмірінің соңына дейін Лондондағы Әулие Георгий ауруханасында дәрігер болды. Сонымен бірге 1818 жылдан Бойлықтар бюросында хатшы болып қызмет атқарды. Юнгтің ғылыми еңбектері физика, химия, физиология, медицина, астрономия, геофизика, техника, филология, т.б. ғылым мен техника салаларына арналған.

Ол 1793 жылы көз аккомодаттануының хрусталик қисықтығының өзгеруіне байланысты екендігін дәлелдеді. 1800 жылы «Дыбыс және жарық жөніндегі тәжірибелер мен проблемалар» деген трактатында жарықтың толқындық теориясын жақтады, сондай-ақ толқындардың суперпозициясын алғаш рет талдады, кейінірек интерференция принципін ашты. 1801 жылы «Жарық және түс теориясы» деген еңбегінде интерференция принципінің көмегімен Ньютон сақинасы құбылысын түсіндірді және алғаш рет жарық толқыны ұзындығының анықтамасын берді. 1817 жылы Юнг поляризацияланған сәулелердің интерференциясы жөніндегі О.Френельдің еңбектері көлденең тербеліске жатады деген болжам жасады. Ол түрлі түсті көру теориясына да елеулі үлес қосты. Ығысу деформациясы теориясына серпімділіктің (созылу және сығылу кезендегі) Юнг модулі деп аталатын сандық сипаттамасын енгізді.

Жарық интерференциясын ашқан Юнг 1802 жылы дифракциядан классикалық тәжірибе жасады. Мөлдір емес қалқаға ол түйреуішпен бір-біріне жақын, кішкене екі В және С тесік жасады. Бұл тесіктер екінші қалқадағы кішкене А тесіктен өткен жіңішке жарық шоғымен жарықталды. Ол кезде ойлап табуы оңай емес, дәл осы жайт тәжірибенің сәтті болуына себеп болды. Тек когерентті толқындар ғана интерференцияланады. Гюйгенс принципіне сәйкес А тесіктен пайда болатын сфералық толқын В мен С тесіктерде когерентті толқындар туғызады. Дифракция салдарынан В мен С тесіктерден, аздап бірін-бірі жабатын, екі жарық конус шықты. Жарық толқынндарының интерфенциясы нәтижесінен, экранда кезектесіп келетін ашық және көмескі жолақтардың жоғалып кеткенін көрді. Міне, дәл осы тәжірибе арқылы Юнг алғаш рет, әр түсті жарық сәулелеріне сәйкес келетін, толқындар ұзындығын өте дәл өлшеді.

Бірақта Юнг теориясы Англияда қатты наразылық көрді. Әсіресе толқындық оптиканы Малюстың ашқан жаңалығына байланысты алда үлкен сынақ күтіп тұрды.

Малюс Заңы анализатордан өткен сызықты поляризацияланған жарық қарқындылығының cos α-ге пропорционал азаятындығын өрнектейтін заң. Мұндағы α — жарық поляризациясы жазықтығы мен прибор (анализатор) арасындағы бұрыш. Бұл заңды 1810 жылы француз физигі Этьенн-Луи Малюс ашқан. Егер І₀ және І — анализаторға түсетін және одан шығатын жарық қарқындылықтарын сипаттаса, онда Малюс Заңы бойынша: І=І₀cos2α түрінде орындалады. Өзгеше (сызықты емес) поляризацияланған жарықты екі сызықты поляризацияланған құраушылардың қосындысы түрінде қарастыруға болады. Олардың әрқайсысы үшін Малюс Заңы орындалады. Барлық поляризациялық приборлардан өтетін жарық қарқындылығы Малюс Заңы бойынша есептеледі, ал Малюс Заңы ескермейтін, α-ға тәуелді болатын шағылу кезіндегі шығындар басқа тәсілмен қосымша анықталады. Жарық қарқындылығын өлшеуге арналған оптикалық құрал — поляризациялық фотометрдің құрылысы Малюс Заңына негізделген.

Оптикалық құбылыстарды зерттеу кеңінен дами бастады. Жарық құбылыстарының әртүрлілігін түсіндіретін ортақ теория қажет болды. Және бұл теорияны инженер Огюстен Френель ойлап тапты.

Огюстен Жан Френель - француз физигі, Париж Fылым Академиясының мүшесі 1788 жылы 10 мамырды дүниеге келген.

Ол жарықтың толқындық табиғаты жөніндегі болжамға сүйене отырып жарықтың интерференциясы мен дифракциясының теориясын жасады, жарықтың поляризациясы мен қосарланып сынуын зерттеді, жарық тербелістернің көлденең көлденең тербеліс екендігін дәлелдеді. Френель жарықтың толқындық теориясының негізінде екі мөлдір орта шекарасының бетінен сынған дарықтың интенсивтілігн анықтайтын формуланы қорытып шығарды. Оның негізгі ғылыми еңбектері 1815-1822 жылдары орындалды. Френель айнасы мен Френель линзасын құрастырды.

Френель қазіргі толқындық оптиканың негізін салды. Гюйгенс принципін, екінші реттік толқындар идеясымен толықтыра отырып, ол дифракцияның сандық теориясын құрды. Осы принцип негізінде Френель геометриялық оптика заңдарын атап айтқанда, жарықтың біртекті ортада түзу сызықты таралу сипатын түсіндірді. Ол толқын бетінің зоналарға бөлінуіне негізделген дифракциялық көріністі есептеудің жуық методың жасап шығарған. Жарық толқындарының көлденендігін алғаш Френнель дәлелдеді.

Дифракцияны зерттеу Френель еңбектерімен тиянақталды. Френель тәжірибе кезінде дифракцияның түрлі жағдайларын мұқият зерттеп қана қойған жоқ, дифракцияның сандық теориясын да жасады, ол теория, жарық әйтеуір бір бөгетті орап өткен кезде пайда болатын, дифракциялық көріністі есептеуге мүмкіндік берді. Ол тағы алғаш рет толқындық теория тұрғысынан жарықтың біртекті ортада түзу сызықпен таралуына анық түсінік берді.

Френель бұл табыстарға, Гюйгенс принципін екінші реттік толқындардың интерференция идеясымен біріктіріп барып, жеткен болатын. Френель идеясы бойынша кез келген уақыт мезетіндегі толқындық бет дегеніміз айналып өтетін екінші реттік толқындардың жай ғана өзі емес, олардың интерференцияларының нәтижесі.

Кеңістіктің кез келген нүктесіндегі жарық толқынының амплитудасын есептеп шығару үшін жарық көзін ойша тұйық бетпен қоршау керек. Осы бетке орналасқан екінші реттік жарық көздерінің толқындар интерференциясы кеңістіктің қарастырылып отырған нүктесіндегі апмлитуданы анықтайды.

Йозеф Фраунгофер Френельдің еңбектерін жалғастырушы болып табылады. 1802 жылы Фраунгофер сызықтарын, яғни Күн спектріндегі тұтылу сызықтарын алғаш рет ағылшын физигі Волластон бақылаған. 1814 жылы оларды неміс физигі Йозеф Фраунгофер толық сипаттады. Күн спектрінің инфрақызыл, ультракүлгін және көрінетін аймақтарынан 20 мыңнан астам Фраунгофер сызықтары бақыланады.