Begreper

01 Foton & radiometri

Foton #: Lysets kvant: en masseløs energipakke med energi $E=hf$ og impuls $p=h/\lambda$ . Et boson, så det adlyder Bose–Einstein-statistikk.
Irradians #: Strålingseffekt per areal inn på en flate, $[\text{W/m}^2]$ . En objektiv radiometrisk størrelse, i motsetning til den øyevektede fotometrien.
Romvinkel #: Vinkelutstrekningen til en flate sett fra et punkt, $\Omega=A/r^2$ , målt i steradianer (sr). En hel kule spenner $4\pi\,\text{sr}$ .

02 Geometrisk optikk

Brytningsindeks #: Forholdet $n=c/v$ mellom lysfarten i vakuum og i mediet. Bestemmer brytning (Snells lov) og bølgelengden i mediet, $\lambda/n$ .
Fermats prinsipp #: Lys følger veien som gir stasjonær (oftest minste) optisk veilengde. Snells lov og refleksjonsloven følger direkte av dette.
Huygens' prinsipp #: Hvert punkt på en bølgefront er kilde til nye kulebølger; den nye fronten er innhyllingen av disse. Forklarer brytning, refleksjon og diffraksjon geometrisk.
Optisk veilengde #: $\text{OPL}=\sum_j n_j d_j$ — geometrisk lengde vektet med brytningsindeks. Lyset «føler» optisk vei, ikke geometrisk avstand; Fermats prinsipp gjelder OPL.
Paraksial tilnærming #: Småvinkel-grensen $\sin\alpha\approx\tan\alpha\approx\alpha$ der optikken blir lineær — grunnlaget for tynnlinse-likningen og stråle-transfer-matrisene.
Reelt bilde #: Et bilde der lysstrålene faktisk møtes, så det kan fanges på en skjerm. Ligger på motsatt side av en samlelinse ( $s_i>0$ ).
Virtuelt bilde #: Et bilde der bare strålenes forlengelser møtes; kan ikke fanges på skjerm, men ses gjennom optikken ( $s_i<0$ ). Alltid opprett.
Brennvidde #: Avstanden $f$ fra en linse eller et speil til brennpunktet der innfallende parallelt lys samles. Positiv for samlende, negativ for spredende.
Lateral forstørrelse #: Forholdet $m=-s_i/s_o$ mellom bilde- og objekthøyde. $|m|>1$ betyr forstørret, $m<0$ betyr invertert.
Vinkelforstørrelse #: Forholdet $MP$ mellom synsvinkelen med og uten instrument — det relevante målet for lupe, mikroskop og teleskop (ikke lateral $m$ ).
Stråle-transfer-matrise #: $2\times2$ -matrise som virker på strålevektoren $(y,\alpha)$ . Et helt system er produktet av elementmatrisene i motsatt rekkefølge av lysets gang.
Afokalt system #: System uten endelig brennvidde ( $C=0$ i systemmatrisen): parallelt lys inn gir parallelt lys ut. Teleskopet og beam-expanderen er afokale.

03 Bølgeoptikk: felt, refleksjon & polarisering

Fresnels likninger #: Gir refleksjons- og transmisjonskoeffisientene ( $r_{TE},r_{TM},t$ ) ved en grenseflate som funksjon av innfallsvinkel og brytningsindekser.
TE- og TM-polarisering #: TE (s): $\vec E$ står vinkelrett på innfallsplanet. TM (p): $\vec E$ ligger i innfallsplanet. Fresnel-koeffisientene er ulike for de to.
Polarisering #: Retningen til det elektriske feltet i en EM-bølge. Kan være lineær, sirkulær eller elliptisk; styres bl.a. av refleksjon (Brewster) og polarisasjonsfiltre.
Brewster-vinkel #: Innfallsvinkelen $\theta_p=\arctan(n_2/n_1)$ der reflektert lys blir fullstendig lineært polarisert (TM-komponenten forsvinner).
Reflektans #: Andelen av innfallende effekt som reflekteres, $R=r^2$ . Sammen med transmittansen $T$ er $R+T=1$ (energibevaring).
Total intern refleksjon #: Ved innfall fra tett mot tynt medium over den kritiske vinkelen reflekteres alt lyset internt — ingen transmittert stråle.
Evanescent bølge #: Det eksponentielt avtagende feltet $E\propto e^{-z/d}$ som lekker en kort vei inn i det tynne mediet ved total intern refleksjon.
Dispersjon #: At brytningsindeksen $n(\lambda)$ varierer med bølgelengde, så ulike farger brytes ulikt (prisme, regnbue) og reiser ulikt fort i en fiber (materialdispersjon).

04 Bølgeoptikk: interferens & koherens

Superposisjonsprinsippet #: Det resulterende feltet av flere bølger er summen av feltene i hvert punkt; intensitetens kryssledd $2E_{01}E_{02}\cos\Delta\alpha$ er interferensen.
Koherens #: Et felts evne til å interferere med en forsinket (temporal) eller forskjøvet (spatial) kopi av seg selv. Settes av spektralbredde og kildestørrelse.
Synlighet #: Stripekontrast $V=(I_\text{max}-I_\text{min})/(I_\text{max}+I_\text{min})$ . Faller mot null når veiforskjellen overstiger koherenslengden (visibility).
Michelson-interferometer #: Stråledeler sender lys mot to speil og rekombinerer; $I=4I_0\cos^2(\delta/2)$ . Flytter du ett speil $\Delta d$ , teller du $2\Delta d/\lambda$ striper.
Antirefleksbelegg #: Kvartbølgelag ( $2n_f t=\lambda/2$ ) som gir destruktiv refleksjon ved én bølgelengde, så mer lys transmitteres. Et tynnfilm-interferens-fenomen.

05 Optiske fibre

Numerisk apertur #: $NA=\sqrt{n_1^2-n_2^2}$ — sinus av den største akseptansevinkelen en fiber kan fange og lede ved total intern refleksjon.
Step-index-fiber #: Fiber med skarp indeksovergang kjerne→kappe. Enkel og billig, men har mest modal dispersjon.
Graded-index-fiber #: GRIN-fiber der indeksen avtar gradvis utover; strålene bøyes kontinuerlig og får nesten lik gangtid ⇒ mye mindre modal dispersjon.
Modal dispersjon #: Pulsutsmøring fordi ulike moder har ulik gangtid. Verst i multimodus step-index; fjernes i singelmodus og reduseres kraftig i GRIN.
Materialdispersjon #: Pulsutsmøring fordi $n(\lambda)$ varierer, så ulike bølgelengder reiser ulikt fort. Skaleres med kildens spektralbredde; null nær 1,3 µm i silika.
Rayleigh-spredning #: Spredning på små tetthetsvariasjoner i glasset, tverrsnitt $\propto1/\lambda^4$ . Dominerer fiberens intrinsiske tap — derfor velges lange bølgelengder.
Båndbredde–avstand-produkt #: $\nu_\text{max}L=0{,}5/(\delta\tau/L)$ — fiberens nøkkeltall for hvor høy bitrate den tåler over en gitt lengde.
EDFA #: Erbium-dopet fiberforsterker, pumpet ved ~980 nm, som forsterker hele C-båndet optisk ved stimulert emisjon — uten elektrisk OEO-regenerering.
WDM #: Bølgelengdemultipleksing: flere bærebølgelengder samtidig i én fiber. DWDM pakker ~45 kanaler à 0,8 nm (100 GHz) i C-båndet.
Fiber-Bragg-gitter #: Periodisk indeksmodulasjon (periode $\Lambda$ ) som virker som et bølgelengdespesifikt speil; reflekterer $\lambda_B=2n_1\Lambda$ .
Mach–Zehnder-interferometer #: To-arms fiberinterferometer brukt som mux/demux: veiforskjellen velges så én bølgelengde gir konstruktiv og en annen destruktiv interferens.

06 Diffraksjon

Diffraksjon #: Bølgers avbøyning og spredning når de passerer en åpning eller kant på størrelse med bølgelengden.
Fraunhofer-diffraksjon #: Diffraksjon i fjernfeltet ( $L\gg b^2/\lambda$ ), der mønsteret er Fourier-transformen av aperturen.
Airy-skive #: Diffraksjonsmønsteret fra en sirkulær apertur: en sentral skive med mørke ringer. Første mørke ring ved $\Delta\theta=1{,}22\lambda/D$ .
Diffraksjonsgitter #: En periodisk struktur av mange spalter som gir skarpe, lyssterke maksima; brukes til å splitte lys etter bølgelengde.
Oppløsningsevne #: Et instruments evne til å skille to nære detaljer — to bølgelengder ( $\mathcal R=\lambda/\Delta\lambda=mN$ ) eller to punkter (Rayleigh-kriteriet).
Fritt spektralområde #: Bølgelengdeintervallet $\lambda_\text{fsr}=\lambda_1/m$ før naboordener fra et gitter (eller et Fabry–Perot) overlapper.