Optikaren historia

Argiaren islapena eta errefrakzioa ezagunak dira antzinako garaietatik: Egiptoko piramideen garaian, jadanik ispilu esferiko leunduak eraikitzen zituzten, irudi ikusgarriak osatzen baitituzte. Antzinako Grezian, filosofo eta matematikariek tratatuetan deskribatu zituzten (Euklides, Katoptrika, K.a. 300). Bazekiten islapen-angelua eta eraso-angelua berdinak zirela, eta errefrakzio-angeluen taulak egin zituzten zenbait ingurunetarako. Erromatarren garaian ere, esaterako, Senekak (K.a. 3, K.o. 65) lenteak deskribatu zituen. Erdi Aroan, arabiar kulturako pentsalariek medikuntzaren optika aztertu eta garatu zuten (Alhazen, K.o. 1000).

XVII. mendean hasi ziren zientzialariak fenomeno fisikoak matematikoki deskribatzen, eta “metodo zientifiko” berri horrek emaitza ugari ekarri zituen. W. Snellek errefrakzioaren legea adieraztea lortu zuen, eta teleskopioa eta mikroskopioa, barne-islapen totala eta abar aurkitu ziren. Mende horretan deskribatu ziren lehen aldiz argiak geruza finetan osatzen dituen interferentzia-fenomenoak, baina interpretazio teorikoak ez ziren erabat zuzenak izan. Esaterako, R. Hookek uhin gisa azaldu zituen, baina luzetarako uhinekin, eta hori kontraesanean zegoen polarizazioarekin. Ondorioz, ez zuen oihartzun handirik izan. Isaac Newtonek argi zuriaren dispertsioa deskribatu zuen prisma batean, eta teoria ondulatorioaren aurka agertu zen. Newtonen ustez, argiak korpuskuluz osatuta egon behar zuen, besteak beste, oztopoen ertzetan norabide zuzenean bidaiatzen zuelako; iritzi horrek oihartzun handia izan zuen. C. Huygens teoria ondulatorioaren alde agertu zen, eta bere argudioekin hobeto ulertu zen kaltzita-kristalean behatzen den errefrakzio bikoitza. Argiaren abiadura 1676an neurtu zen lehen aldiz, hain justu, O. Röemerrek, Jupiterren Io satelitearen eklipseak aztertu zituenean, eta honako emaitza hau lortu zuen: 214.000 km/s.

XIX. mendearen hasieran, T. Youngek berriz indartu zuen argiaren uhin-izaera, argiaren interferentziak erakutsi zituenean. Hasieran, Youngek aurkari asko izan zituen, eta etsita utzi zuten. Hala ere, A. Fresnelek teoria ondulatorioari jarraipena eman zion interferentzia-fenomenoak interpretatzeko, eta azalpen zuzenak lortu zituen: zenbait irekigune edo oztoporen difrakzio-patroiak kalkulatzea lortu zuen. Aldi berean, frogatu zuen oztopoen ertzean uhinaren propagazioa zuzena zela soilik uhin-luzera txikien limitean, eta ez uhin-luzera guztietan. Hortxe zegoen teoria korpuskularraren kontraesan nagusia. Argiaren abiadura lurrean neurtu zuen lehena A. Fizeau izan zen, eta, horretarako, gurpil birakor bat eta urrutiko ispilu bat erabili zituen. Honako emaitza hau lortu zuen: 315.300 km/s.

Bat batean, optikaren esparrutik kanpo zegoen atal batek eragin handia izan zuen arlo horretan: elektromagnetismoak. James C. Maxwellek teoria elektromagnetiko bateratuaren oinarriak finkatu zituen eta, ondorio gisa, deskribatu zuen eremu elektrikoa eta magnetikoa uhin gisa hedatzen zirela, eta uhin elektromagnetikoak osatzen dituztela. Uhin elektromagnetikoon abiadura ingurunearen ezaugarri elektriko eta magnetikoen menpe adieraz zitekeen, hutsaren kasuan: c = 300.000 km/s; abiadura hori argiaren abiadura da. Teoria hori egiaztatzeko, H. R. Hertzek esperimentu batean uhin elektromagnetikoak igorri eta jasotzea lortu zuen. Emaitza horrek galdera berria piztu zuen: zer dela eta ote dute uhin elektromagnetikoek argiaren abiadura bera? Erantzuna harrigarria izan zen: argia uhin elektromagnetiko mota bat besterik ez da. Interpretazio horri esker, efektu optiko berriak aurkitu ziren: efektu elektrooptikoak, magnetooptikoak eta abar. Arrakasta izugarria izan zen.

Argia zeharkako uhina dela onartu ondoren, zientzialari asko argiaren propagazio-ingurunearen bila hasi ziren, orduko uhin ezagun guztiak mekanikoak baitziren eta ingurune bat beharrezkoa baitzuten. Argiaren inguruneari eter deitu zioten. Hipotesi nagusia zen eterra geldi zegoela unibertsoan eta argia harekiko mugitzen zela “c” abiaduraz. Esperimentuetan frogatu nahi zen, Lurraren abiaduraz baliatuz, izarretako argiak abiadura ezberdina izan behar zuela Lurrarekiko, Lurraren higiduraren arabera. Hainbat esperimentu eta ahalegin ikaragarria egin zituzten (Airy, Michelson, Fizeau), baina emaitza nuluak lortu zituzten behin eta berriz. Ez zegoen modurik eterrarekiko Lurraren abiadura neurtzeko.

XX. mendearen hasieran, J.H. Poincarék, A. Einsteinek eta beste zenbait zientzialarik, eterraren hipotesiaren porrota ikusita, deduzitu zuten eterra ez zela existitzen, uhin elektromagnetikoek ez zutela ingurune bat behar hedatu ahal izateko, alegia, ez zela uhin mekanikoa, eta, beraz, hutsean ere heda zitezkeela. Gainera, ondorio horrek erlatibitatearen teoria “berezia” sortu zuen. Teoria horren arabera, argiaren abiadura beti da berbera, eta berdin dio zein den behatzailearen abiadura argiarekiko. Gaur egun, argiaren abiadura konstante unibertsaletako bat da. Hori onartuta, espazioa eta denbora berriz definitu behar izan ziren.

Bestalde, atomoen egitura ikertzen ari ziren zientzialariek (Planck, Bohr, Dirac…), argiaren teoria elektromagnetikoa oso onartua zuten arren, ezin zuten ondo azaldu nola xurgatzen eta igortzen zuten atomoek argia. Eredu atomiko berriei lotuta, erakutsi zuten argiaren portaera ere kuantizatuta zegoela, alegia, argiak maila mikroskopikoetan ezin duela edozein energia-kantitate trukatu, kantitate zehatz baten multiploak baizik; hala, fotoiaren kontzeptu korpuskular berria sortu zen. Horixe izan zen mekanika kuantikoaren sorrera. Efektu optiko berriak aurkitu eta azaldu zituzten (fotoelektrikoa, espektro atomikoen igorpena eta abar), eta argiaren teoria kuantikoak oso modu egokian azaltzen zituen argiaren eta materiaren arteko energia-elkarrekintza guztiak.

Teoria kuantikoari esker, besteak beste, igorpen estimulatua postulatu eta aurkitu zen, alegia, laser-igorpenaren fenomenoa. 1960ko hamarkadan, laserrak asmatu ziren eta, horiekin batera, optikaren muga teoriko eta praktikoak areagotu ziren. Esaterako, materialetako efektu optikoen ikerketak asko aurreratu ziren (efektu elektrooptiko, magnetooptikoak, optomekanikoak eta abar), eta efektu berriak aurkitu ziren, besteak beste, optika ez-lineala deritzona: harmonikoak sortzea, frekuentzia-nahasketa eta abar.

Laserrekin, asko garatu zen optika: argia sortu, transmititu, gidatu, islatu, anplifikatu eta detektatzeko modu berriak. Optikak gizartean zuen presentzia areagotu zen, batez ere oso ahalmen handia erakutsi zuelako informazioa kudeatzeko.

Hala ere, teoria kuantikoak zenbait zuzenketa izan zituen XX. mendean: teoria kuantiko klasikoari ikuspegi erlatibista ere erantsi zitzaion (P. Dirac) materia eta erradiazioa bata bestearen forma bihurgarriak elkarraldatzen direlako, eta bestalde, (Feynman, etab.) partikula kargatuen eta eremu elektromagnetikoen teoria bateratua sortu zuten, elektrodinamika kuantiko deritzona edo eremuen teoria kuantikoa.

Optika geometrikoa

Historian zehar ikusi denez, zientzialarien artean eztabaida handiak piztu dira argiaren izaeraz, alegia, argiak ibilbide zuzenean bidaiatzen ote duen ala uhin gisa hedatzen ote den. XIX. mendetik aurrera, frogatuta geratu zen argia uhina dela, baina argiaren uhin-luzera hain da txikia, ezen oztopo edo irekigune arruntekin ia ez baitzen uhin-izaera agerian jartzen.

Izan ere, baldintza horietan, argiaren difrakzio-fenomenoa arbuia daiteke eta, argia izpi gisa tratatuz, islapena eta errefrakzioa azter daitezke erregela geometriko sinple batzuk aplikatuz. Horrela sortu zen optika geometrikoa, eta hurbilketa besterik ez izan arren, oso teoria erabilgarria da, besteak beste, tresna optikoak aztertzeko.

Islapenaren eta errefrakzioaren legeak

Optika geometrikoaren oinarrizko postulatua Fermaten printzipioa da. Printzipio horren arabera, argiak espazioko puntu batetik bestera joateko segitzen duen ibilbidea denbora minimokoa da, eta hortik islapenaren eta errefrakzioaren legeak ondoriozta daitezke.

Argi-izpi batek bi ingurune gardenen arteko banaketa-gainazalarekin topo egiten duenean, bi fenomeno jasaten ditu aldi berean: batetik, izpiaren parte bat hasierako ingurunera bueltatuko da, alegia, islapena jasango du. Islapena gainazal zimur batean gertatzen denean, islapen difuso edo barreiatu deritzo, eta izpiak norabide guztietan isla daitezke. Aldiz, argia gainazal leun batean islatzen denean, ispilu-islapen deritzo; kasu horretan, eraso-izpiak eta izpi islatuak angelu bera osatzen dute gainazalaren normalarekiko. Bestetik, islatzen ez den partea bigarren ingurunera pasatzen da, eta, orokorrean, desbideratu egiten da. Desbideratze horri errefrakzio deritzo. Ingurune dentsoagoetan argiak polikiago bidaiatzen duelako gertatzen da desbideratze hori. Ingurune baten errefrakzio-indizea ($n$) ingurunearen ezaugarri optiko nagusia da: argiak hutsean duen abiadura ($c$) zati ingurune horretan duena ($v$): $n=c/v$ (islapen).

Errefrakzioaren legea edo Snellen legea ekuazio honen bidez adierazten da:

$n_1\text{sin }{\theta }_1=n_2\text{sin }{\theta }_2$

non $n_1$ eta $n{}_2$ bi inguruneetako errefrakzio-indizeak diren, eta ${\theta }_1$ eta ${\theta }_2$ eraso-izpiak eta izpi errefraktatuak osatzen dituzten angeluak gainazalaren normalarekiko (errefrakzio).

Tresna optikoak

Gainazal esferikoetan gertatzen diren errefrakzio eta islapenetan oinarrituta, tresna interesgarriak eraiki daitezke: ispilu esferikoak eta leiarrak edo lenteak (leiar). Gainera, ispiluak eta lenteak denak ardatz berean lerrokatuz, tresna optiko konplexuagoak ere sor daitezke.

Tresna optiko idealetan, objektu baten puntu batetik (O-tik) irteten diren argi izpiak, tresna optikoa zeharkatu ondoren, berriro elkartzen dira puntu batean (I). Puntu horri O puntuaren irudi deritzo. Gainera, objektuaren gainontzeko puntuetatik irteten den argia ere berriro elkartzen da, tresna optikoa zeharkatu ondoren, puntuz puntu irudiaren alboan, eta objektu osoaren forma analogoa sortzen dute.

Irudi erreala

Argi-izpiak eurak elkartzen badira, irudiari erreal deritzo; aldiz, argi-izpiak eurak ez badira elkartzen baina bai euren luzapenak, orduan irudiari birtual (edo alegiazkoa) deritzo.

Irudi birtuala

Naturan dagoen sistema optiko adierazgarrienetakoa begia da. Begiak zenbait gainazal esferiko ditu: batetik, kornea eta, bestetik, lente elastiko bat: kristalinoa. Begiak objektuen irudi errealak sortzen ditu begiaren barne-gainazalean, erretinan, hau da, objektuetatik irteten diren argi-izpiak berriz ere erretinan elkartu eta fokuratzen ditu. Korneak argi-izpiak errefraktatzen ditu, eta kristalinoak distantzia desberdinetan kokaturiko objektuak xehetasunez fokuratu ditzake. Xehetasunez fokuratzeko, muskulu ziliarrek kristalinoari eragin eta horren konbergentzia aldatzen dute, gainazalen kurbatura aldatuz (egokitzea).

Begiak gehiegizko konbergentzia duenean miopia duela esaten da, hau da, hurbileko objektuak ondo fokuratu ditzake, baina ez urrunekoak. Hala ere, lente dibergenteak erabiliz, begiak sobera duen konbergentzia gutxitu dakioke. Begiak konbergentzia txikiegia duenean, berriz, hipermetropia duela esaten da, eta urruneko objektuak ondo ikus ditzake, baina ez hurbilekoak. Akats hori lente konbergenteen bidez zuzentzen da.

Begiarentzat txikiegiak diren objektuak edo urrutiegi dauden objektuak ikusteko, hainbat tresna optiko garatu dira. Horren adibide lupa da; lente konbergentea da, eta objektu txikiak aztertzeko erabiltzen da. Luparekin, objektuaren irudi birtuala eta handiagoa ikusten da. Irudi birtual horrek osatzen duen angelua objektuak berak osatzen duena baino handiagoa da (ikus hurrengo irudia), eta bi angelu horien arteko erlazioari lentearen handipen-potentzia deritzo. Lupa normalek 3 inguruko handipena izaten dute (hori adierazteko 3x idazten da), alabaina, filatelian erabiltzen diren lupak 10x handipena izatera hel daitezke.

Lupa

Objektu are txikiagoak ikusteko eta lupak baino handipen handiagoa lortzeko, mikroskopioa asmatu zen. Funtsean, bi lentez osatuta dago: lente objektiboa, objektutik gertu kokatzen dena eta oso konbergentea. Beste lentea, okularra, begitik gertuago dago, eta luparen eginkizuna betetzen du objektiboak sortzen duen irudi errealaren gainean. Objektiboak irudi handiagoa, erreala eta alderantzikatua sortzen du, eta, ostean, okularrak irudi hori handiagotzen du; beraz, mikroskopio batean ikusten ditugun irudiak handiagoak, birtualak eta alderantzikatuak dira.

Urruneko objektuak hurbiltzeko, teleskopioa erabiltzen da. Tresna optiko hori erabiliz, begi hutsez baino tamaina handiagoan ikusten dira urruneko objektuak. Funtsean, bi lente konbergentez osatuta dago (objektiboa eta okularra), eta helburua da objektuaren irudia angelu handiagoarekin lortzea.

Objektiboak oso konbergentzia txikia izan ohi du, eta infinitutik datozen izpien irudi alderantzikatua eta erreala osatzen du. Okularra, aldiz, oso konbergentea da, eta, objektiboak sortutako irudiaren gainean lupa batek bezala funtzionatzen du. Orduan, azken irudia handiagoa, birtuala eta alderantzikatua izango da.

Hainbat teleskopio-mota dago. Lenteak soilik erabiltzen dituztenei errefrakzio-teleskopio deritze eta, aldiz, ispiluak erabiltzen dituztenei islapen-teleskopio. Ispiluek ez dute dispertsio kromatikorik; lenteek, berriz, bai.

Hubble teleskopio espaziala (iturria: NASA)

OPTIKA ONDULATORIOA

Lehen aipatu denez, optika geometrikoa optika ondulatorioaren hurbilketa bat da, eta oztopoaren tamainaren aldean argiaren uhin-luzera oso txikia denean soilik da baliagarria, beraz, difrakzio-efektu guztiak arbuiatzen direnean.

Aldiz, argiaren uhin-luzera eta oztopoaren tamaina antzekoak direnean, edo difrakzio-efektuak ezin direnean arbuiatu, argiaren uhin-izaera osotasunean hartu behar da. Uhin-izaeran oinarrituta, argiaren islapena eta errefrakzio-fenomenoak normaltasunez ulertzen dira, baita interferentziak, difrakzioa eta dispertsioa ere.

Uhin elektromagnetikoak

J. C. Maxwellen ekuazio matematikoetatik ondorioztatzen da eremu elektriko aldakor batek eremu magnetiko aldakor baten presentzia dakarrela nahitaez, eta alderantziz. Denboran zehar aldatzen diren bi eremu horiek, bata bestean oinarrituz, behin eta berriz sortzen dira, eta unitate bakar bat osatzen dute: eremu elektromagnetikoa. Eremu elektromagnetikoak karga elektrikoen higiduran du jatorria, eta eremuan sortutako perturbazio batek iturritik aldenduz higitzen doan uhin bat sortzen du: uhin elektromagnetikoa. Uhin elektromagnetikoa zeharkako uhin bat da, eta bere osagaiak eremu elektriko bat eta magnetiko bat dira, biak elkarrekiko perpendikularrak, fasean eta elkarren proportzionalak. Gainera, bi magnitudeek, eremu elektrikoaren intentsitateak (E) eta eremu magnetikoaren intentsitateak (B) perpendikularki bibratzen dute hedapenaren norabidearekiko.

Uhin elektromagnetikoa

Maxwellen ekuazioetatik uhin elektromagnetikoen abiadura lortzen da:

$v=\frac{1}{\sqrt{\epsilon \mu }}$

Ekuazio horretan, ε eta μ dira, hurrenez hurren, uhina hedatzen ari den ingurunearen permitibitate elektrikoa eta iragazkortasun magnetikoa; ingurunea hutsa denean, lortzen den balioa c ≈ 3 × 108 m/s da, argiaren abiadura, hain zuzen ere. Horrek frogatzen du argia uhin elektromagnetiko bat besterik ez dela.

Argiaren interferentzia

Interferentzia-fenomenoa uhinen berezitasun bat da, eta bi uhinen gainezarpenaren ondorioz gertatzen da (interferentzia). Ingurune berean hedatzen diren bi argi-uhin puntu batean elkartzen direnean, puntu horretako eremu elektriko (edo magnetiko) erresultantea banakako uhinen eremuen batura da (gainezarpenaren printzipioa). Bestalde, zenbait kasutan, bi uhinen irradiantzia erresultantea (argitasuna) ez da uhinen irradiantzien batura. Esaterako, bi uhinek maiztasun bera badaukate, uhin erresultantearen irradiantzia maximoa izango da fasean heltzen badira, edo nulua, fase-oposizioan heltzen badira. Lehenengo kasuan, interferentzia eraikitzailea sortu dela esaten da, eta, bigarrenean, interferentzia suntsitzailea edo ezabatzailea. Argi-interferentzia geldikorrak eta neurgarriak lortzeko, gainezartzen diren bi uhinen arteko fase-diferentzia konstante mantendu behar da espazioko puntu guztietan, hau da, uhinek koherenteak izan behar dute.

Argiaren interferentzia-patroi bat (iturria: RP Photonics Consulting, Zürich)

Argiaren dispertsioa

Argi zuriak koloretako argiak izaten ditu nahasita, eta kolore bakoitzari maiztasun edo uhin-luzera bat dagokio. Kolore-sorta osoari (moretik hasita, urdina, berdea, horia, laranja eta gorriraino) espektro ikusgai deritzo. Argi zuria errefraktatu egiten da prisma bat zeharkatzen duenean, eta kolore bakoitzak errefrakzio edo desbiderapen desberdina jasaten du; horrela, argi zuria erradiazio koloretsuetan sakabanatzen da.

Argiaren dispertsioa

Dispertsioaren adibide ezagunenetarikoa ortzadarra da. Eguzkiak bidalitako argi zuria euri-tantetan errefraktatzen da, eta, dispertsio-fenomenoaren bidez, ortzadarra sortzen da. Horrela, irudi zirkular bat lortzen da, baina normalean goiko erdia bakarrik ikus daiteke, ur-tantak horizonteko planoaren gainetik egoten direlako.

Argiaren difrakzioa

Argiak bere uhin-luzerarekin konparagarria den irekigune edo oztopo batekin topo egitean, argi-uhinak desbideratu egiten dira. Argi-hedapenaren distortsio horri difrakzio deritzo (difrakzio). Difrakzioa, Huygensen printzipioaren ondoriotzat har daiteke, hau da, “uhin-fronte batek atzemandako puntu guztiak uhin-igorle bilakatzen dira, eta uhin-fronte berria sortzen dute”.

Esaterako, irekigune batetik pasatzen den uhin-frontearen puntu bakoitza uhin-fronte berriaren igorle puntual bilakatzen da, eta igorle guztien artean sortutako interferentziak difrakzioa sorrarazten du. Hau da, difrakzioa infinitu uhinen gainezarpena da.

Difrakzioak garrantzi handia du mikroskopio eta teleskopioetan, argia barreiatzean, irudi lausoak sortzen direlako. Horrek tresnaren handipen erabilgarria mugatzen du; adibidez, mikroskopio optiko batekin ezinezkoa da 500 nm-tik (0,5 μm) beherako objektuen xehetasunak bereiztea, argi ikusgaiaren uhin-luzerak berak mugatzen baitu. Horretarako mikroskopio elektronikoak erabili behar dira.

Argiaren polarizazioa

Argia, uhin elektromagnetiko guztiak bezala, zeharkako uhin bat da, alegia, bektore elektriko eta magnetiko bibrakorren norabideak perpendikularrak dira uhinaren hedapenarekiko. Uhin elektromagnetiko baten polarizazioa E eremu elektrikoaren bektoreak adierazten du. E bektorea paralelo mantentzen bada espazioko lerro finko batekiko, argia linealki polarizatuta dagoela esaten da. Aldiz, eremu elektrikoaren erpinak hedapen-ardatzaren inguruan biratzen duenean bere modulua konstante mantenduz, E-ren erpinak zirkulu bat deskribatzen du behatze-puntuarekiko, eta argia zirkularki polarizatuta dagoela esaten da. Polarizazio lineal eta zirkularraren bitartean ere beste polarizazio-mota bat dago: polarizazio eliptikoa. Uhina polarizatu gabe dago eremu elektrikoaren bektoreak zorizko norabidetan oszilatzen duenean.

Egoera naturalean dauden uhin elektromagnetikoak polarizatu gabe daude. Zeruaren argia, esate baterako, partzialki polarizatuta dago. Hala ere, polarizazio-forma zehatzak lor daitezke zenbait prozedura aplikatuz, esaterako, argiaren ibilbidean elementu polarizatzaile bat tartekatzea. Polarizatzaileen funtzionamendua lau fenomenotan datza: xurgapena, dispertsioa, islapena eta birrefringentzia.

Argiaren polarizazioa

Polarizazioaren aplikazioak oso zabalduta daude, besteak beste, kristal likidozko pantailak (LCD), kristal polarizatuzko eguzkitako betaurrekoak eta argazkigintzan erabilitako iragazki polarizatuak. 3D zinemetan irudiak hiru dimentsiotan ikusteko erabiltzen diren betaurrekoek iragazki polarizatuak dituzte. Horiei esker, segidan eta txandaka, ezker eta eskuin, era sinkronizatuan aurkezten diren irudietatik begi bakoitzak berari dagokion irudia bakarrik ikusten du. Irudien maiztasuna handia bada, efektua hautemanezina da.

Optika kuantikoa

Argiaren teoria elektromagnetikoak argiaren fenomeno ondulatorioak oso ondo azaltzen dituen arren, oraindik badago fenomeno-multzo bat teoria horrek azaltzea lortzen ez duena: argiaren eta materiaren arteko energia-elkarrekintza, alegia, materiak nola igortzen eta xurgatzen duen argia. Argia uhintzat badugu, atomoekin dituen energia-trukaketak edozein kantitatetan gerta daitezke.

1900. urte inguruan sortu zen fotoiaren kontzeptua, atomoen energia-mailen ikerketarekin oso erlazionatuta. Hots, materiak argia xurgatzen duenean edota igortzen duenean, argiaren energia beti dela fotoi-kopuru oso bat, eta, gainera, fotoien energia frekuentziarekiko proportzionala dela: E  = hν. h Plancken konstantea da, eta ν uhinaren frekuentzia edo maiztasuna. Beraz, argiak korpuskuluen ezaugarriak ditu eskala mikroskopikoan. Plancken h konstantea, gaur egun, konstante unibertsaletako bat da: h = 6,63·10-34 J·s.

Lumineszentzia

Zenbait materialek, kitzikatuak izan ondoren, argia igor dezakete. Fenomeno horri lumineszentzia deritzo. Izan ere, material guztiek argia igor dezakete gori daudenean, baina material lumineszenteek argia igortzen dute tenperatura normaletan ere, eta horregatik batzuetan lumineszentziari argi hotz deritzo. Gainera, lumineszentziaz igorritako argiak uhin-luzera jakin batzuk besterik ez ditu. Lumineszentzia erakusten dute, esaterako, material fosforeszente edo fluoreszenteek, neoiak, telebista-pantailak, zenbait substantzia organikok, aurora borealak eta abar.

Lumineszentzia gertatzeko, materialak energia xurgatu behar du; horrela, maila kuantiko kitzikatu batera iristen da, energia altuagoa duen mailara, eta ondoren, energia-mailetan behera egiten du, urrats bakarrean edo zenbait urratsetan, baina trantsizio bakoitzean argia edo beroa igortzen ditu.

Material lumineszenteak oso ugariak dira: solidoak, likidoak zein gasak, organikoak zein ez-organikoak (badaude zenbait animalia lumineszente ere), eta lumineszentzia eragiteko metodoak ere hainbat eta era askotakoak dira: kitzikapen optikoa, kimikoa, elektrikoa, mekanikoa eta abar.

Lumineszentziaren efizientzia oso aldakorra da material batzuetatik besteetara, eta igorpenaren iraupena ere oso aldakorra izan daiteke; esaterako, material gardenak elementu kimiko ezberdinekin dopatuz, materialaren igorpenen ezaugarriak modu kontrolatuan alda daitezke. Gaur egun, ikerketa-talde ugari dabil hainbat materialen lumineszentzia ikertzen aplikazio optiko berrietarako.

Laserrak

Laser hitza akronimoa da: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (erradiazioaren igorpen estimulatuaren bidezko argi-anplifikazioa).

Igorpen estimulatuaren kontzeptua Einsteinek proposatu zuen, igorpen eta xurgapenen arteko orekaren inguruan sortu zen eztabaida bati irtenbidea emateko. Fotoi erasotzaile batek beste fotoi baten igorpena estimulatzen du, eta, hala, igorritako fotoiak lehenengoaren ezaugarri berdinak ditu: frekuentzia, fasea, polarizazioa eta abar. Horrela, argiak ingurune bat zeharkatzen duen bitartean igorpen estimulatua sortzen badu, argi hori anplifikatuz joango da, gero eta gehiago.

Laserren argia monokromatikoa da, koherentea eta anplifikatua, eta ez da norabide guztietan barreiatzen (gainontzeko argi-iturriak ez bezala), norabide finko batean baizik; horregatik, intentsitate handiak lor daitezke eta puntu zehatzetara bideratu.

Laserra

Lehen laserretatik gaur egun arte milaka laser-sistema eraiki eta garatu dira atomo edo molekula ezberdinetan oinarriturik, gas-egoeran edo kristaletan, disoluzio likidoetan eta abarretan; horretarako, hainbat ponpaketa-metodo erabiltzen dira, deskarga elektrikoak, ponpaketa optikoak, erreakzio kimikoak eta abar.

Gaur egun, laserrak oso hedatuta daude gizartean: ikerkuntzaz gain, industrian, medikuntzan, CD eta DVD aparatuetan, marra-kodeak irakurtzeko tresnetan, telemetrian eta abarretan (laser).

Eremuen teoria kuantikoa

Aipatu berri dugun argiaren teoria kuantikoak oso ondo azaltzen ditu argiaren eta materiaren arteko hainbat elkarrekintza, baina teoriak horrek ere baditu mugak, eta horregatik fisika kuantikoak, hasi zenetik gaur arte, zenbait zuzenketa izan ditu.

Alde batetik, hasierako teoria kuantikoan, eremu elektromagnetikoa bera ez zegoen kuantizatuta. Bestetik, ez zen erlatibista, eta ez zuen kontuan hartzen partikulen pausaguneko energia (Einsteinen E  = mc2 erlazioa). Horrek garrantzi handia du partikulen fisikan, adibidez, elektroi bat eta positroi bat elkartzean, partikula biak suntsitu eta fotoiak sortzen dira. Gaur egun, eremu elektromagnetikoaren eta partikula kargatuen teoria bateratuari eremuen teoria kuantiko edo elektrodinamika kuantiko deritzo (eredu estandar). Teoria horren arabera, eremuek, uhinen izaeraz gain, partikula-izaera ere badute, eta horretan oinarritzen dira, besteak beste, azken urteetan atomoaren nukleoaren barruan aurkitu diren hainbat partikula edota konputazio kuantikoaren kontzeptua.