أهم أنواع الاجهزة البصرية والضوئية واستخداماتها

كيف ترى الأشياء من حولك؟ طبعًا الجواب بسيطٌ، بالعين المجردة. نعم، إنها من أهم الأعضاء في جسم الإنسان، إذ تمكّننا من رؤية جميع ما حولنا. حسنًا، إليكَ هذه المعلومة، تُعتبر عين الإنسان واحدةً من أهم وأعقد الاجهزة البصرية والضوئية وفق المفاهيم العصرية.

الاجهزة البصرية (Optical Instruments)، هي أجهزةٌ متخصصةٌ في معالجة الموجة الضوئية بشكلٍ مناسبٍ، بغرض تحسين الصورة المرئية للكائن، والحصول على رؤيةٍ أكثر وضوحًا. كانت هناك حاجة إلى اكتشاف الضوء وخصائصه لاختراع أجهزةٍ بصريةٍ مثل الكاميرا أو التلسكوب أو المجهر بالإضافة إلى أكبال الألياف الضوئية.

تستخدم الأدوات أو الأجهزة السابقة العدسات والمرايا لعكس وكسر الضوء، وتشكيل الصور المرئية. عادةً ما يؤدي استخدامنا للأجهزة البصرية إلى جعل الأشياء أكبر، ويساعدنا على الرؤية بشكلٍ أكثر تفصيلًا، وبالطبع، لا يخلو الأمر من أجهزةٍ تساعدنا على الرؤية بصورةٍ مصغّرةٍ مثل العدسات المتباينة (المقعرة)..

إذا عُدنا لمثالنا الأول وهو العين، ففيها يكون عمل القزحية مُشابهًا لعمل مصراع الكاميرا (المكون الذي يتيح تعريض الحساس الضوئي في الكاميرا لمستوى الإضاءة المطلوب)، إذ تستوعب معظم الضوء الذي تتلقاه، وتسمح له بالمرور عبر البؤبؤ (الحدقة). تعتمد كمية الضوء التي تدخل إلى الجزء الداخلي من العين على حجم الحدقة؛ فعندما يكون الضوء ساطعًا، تقلّص القزحية فتحة البؤبؤ لتقييد دخول الضوء، أمّا في الإضاءة الخافتة، فتوسّع القزحيةُ البؤبؤَ للسماح بدخول أكبر كميةٍ من الضوء، حتى نتمكّن من الرؤية.

آلية العمل السابقة تنطوي على انكسار الضوء الذي يدخل العين البشرية في البداية بواسطة القرنية الشفافة، ليسقط ذلك الضوء على القزحية. تقع عدسة العين خلف القزحية، وعند انكسار الضوء ووصوله إلى البؤبؤ فإنه يسقط مباشرةً على العدسة المحدبة للعين، فتشكّل صورة حادة. تتيح لنا الصورة المتكونة على الشبكية رؤية الجسم بوضوحٍ. وهكذا، يمكننا اعتبار أعيننا أفضل مثالٍ عن الاجهزة البصرية ولعلّها أكثرها جودةً وكفاءةً..

العدسة المكبرة هي عدسةٌ محدبةٌ، تسمح للمراقب برؤية صورةٍ أكبر للجسم الموجود تحت الملاحظة، تُركّب العدسة في إطارٍ معدنيٍّ أو بلاستيكيٍّ، بالإضافة إلى مقبضٍ متصلٍ به. يعتمد تكبير العدسة على مكان وضعها بين عين المستخدم والشيء الذي سيشاهده، وعلى المسافة الإجمالية بين العين والجسم.

القوة المكبرة هي نسبة أحجام الصور التي تكوّنت على شبكية العين مع عدسةٍ مكبرةٍ أو بدونها، وعند استخدام العدسة غالبًا ما يقوم المستخدم بجلب الكائن قرب العين بحيث يصبح واضحًا قدر الإمكان، ويختلف هذا الأمر حسب العمر. يمكنك الحصول على أعلى قوة مكبرة عن طريق وضع العدسة بالقرب من العين، وتحريكهما سويةً للحصول على أفضل تركيزٍ..

المجهر الضوئي من الاجهزة البصرية التي تدخل في تركيبها العدسات، والتي يكون عملها تشكيل صورة مكبّرة لكائناتٍ صغيرةٍ جدًا لا يمكن للعين المجرّدة رؤيتها. النوع الشائع من المجاهر الضوئية هو المجهر المركّب، الذي يحتوي على عدستين محدّبتين على الأقل:

يُضخَّم تكبير جميع هذه العدسات معًا للحصول على التكبير الكلي للمجهر، حيث يمكن لبعض المجاهر الضوئية تكبير الأشياء أكثر من 1000 مرةٍ! كشف المجهر عن أسرار العالم الطبيعي، إذ أتاح للعلماء رؤية عوالمَ جديدةٍ أدت إلى العديد من الاكتشافات خاصةً في علم الأحياء والطب، مثل اكتشاف الخلايا وتحديد أنواع البكتيريا والفيروسات، وغيرها من الكائنات الحية وحيدة الخلية.

على غِرار المجاهر، تستخدم التلسكوبات العدسات المحدّبة لتشكيل صورة مكبّرة، ولكن الفرق يكمن في أنّ هذه الاجهزة البصرية تصنع صورًا مكبرةً لأجسامٍ تظهر صغيرةً بسبب بُعدها، مثل النجوم. هناك نوعان من التلسكوبات، يختلف كل منهما في كيفية جمع الضوء، ولكن كليهما يستخدمان العدسة المحدبة لتكوين الصورة المكبرة، وهما:

الكاميرا عبارة عن جهازٍ بصريٍّ يعمل على تكوين صورة لكائنٍ ما وتسجيلها، إما على فيلم، أو بواسطة حساسٍ إلكترونيٍّ يخزّن الصورة رقميًّا، وتشكّل الكاميرات الصور بالطريقة التالية:

نمط من الاجهزة البصرية المنتجة للضوء بطريقةٍ خاصّةٍ، وهي عبارةٌ عن جهازٍ ينتج شعاعًا شديد التركيز من الضوء المرئي بطول موجي ولون واحد. تتم مزامنة موجات ضوء الليزر بحيث تصطف قمم وقيعان الأمواج كما الصورة في الأسفل، وهذا سبب تركيز شعاع ضوء الليزر مقارنةً بالضوء العادي من مصباحٍ يدويٍّ.

في الأنبوب الذي يُنشَأ فيه ضوء الليزر، يتم تحفيز الإلكترونات في مادة مثل الكريستال الياقوتي، لإشعاع فوتونات الضوء ذات الطول الموجي الواحد. يوجد في كل طرفٍ من الأنبوب مرآةٌ مقعرةٌ، تنعكس الفوتونات في الأنبوب ذهابًا وإيابًا بعيدًا عن هذه المرايا؛ وهذا ما يركّز الضوء. توجد مرآةٌ شفافةٌ جزئيًّا في أحد طرفي الأنبوب (إحدى نهايتيه)، حيث يمر تيارٌ مستمرٌ من الفوتونات عبر الجزء الشفاف لتشكيل شعاع الليزر.

إلى جانب إمكانيّة استخدام ضوء الليزر للترفيه عن قطّك واللعب معه، فإنّ لضوء الليزر استخدامًا أهم من ذلك، وهو حمل إشارات الاتصال في الألياف الضوئية (Optical Fiber)..