الطول الموجي للضوء المرئي في الاتصالات البصرية Wavelength of Visible Light 

يُعد العالم “إسحاق نيوتن” بأنّه عالم رياضيات وعالم لاهوت ومؤلف وفيزيائي وعالم فلك، كما يُعرف على نطاق كبير بأنّه أحد أهم العلماء في كل العصور، كما إنّه كان أول شخص يفحص الضوء المرئي من الشمس الذي ينتقل عبر منشور ويولد شعاعاً ضوئياً، حيث يمكن فصل هذا الشعاع إلى ألوان عديدة مثل البنفسجي “Violet” والنيلي “Indigo” وغيرها.

ما هو الطول الموجي للضوء المرئي؟

عندما يحدث الإشعاع الكهرومغناطيسي داخل قسم معين من الطيف الكهرومغناطيسي يُعرف بالضوء وبشكل عام يشير مصطلح الضوء إلى الضوء المرئي، ومن الناحية التجريبية تم العثور على سرعة الضوء في الفراغ لتكون “299،792 ، 458 م / ث” أو “3 × 10⁸ م / ث”، وفي بعض الأحيان في الفيزياء يدل الإشعاع الكهرومغناطيسي في أي طول موجي إلى الضوء.

وبالنسبة لروجر باكون الذي هو فيلسوف إنجليزي كان أول شخص وضع علامة على هذا الطيف في كوب من الماء، وعند الإشعاع الكهرومغناطيسي يحدث داخل قسم معين من الطيف الكهرومغناطيسي يُعرف بالضوء، كما تتوفر أنواع مختلفة من الإشعاعات مثل الراديو وجاما “γ” والميكروويف “Microwave” والأشعة السينية، وكل هذه أشكال من الضوء ودراستها تسمى البصريات.

إنّ الضوء لا ينتقل في خط مستقيم ولكنّه ينتقل في شكل موجة عرضية، وتشمل هذه الموجات القيعان والقمم المتتالية، كما يمكن تعريف الطول الموجي على أنّه المسافة بين قمتين وقاعين، ووحدات الطول الموجي هي ميكرومتر أو نانومتر، ويرمز للطول الموجي بأنّه “λ”.

يمكن أن يتم تقسيم الموجات الكهرومغناطيسية على أساس التردد أو الطول الموجي، حيث يكون مدى الطول الموجي للضوء المرئي من “400 نانومتر” إلى “700 نانومتر”، أمّا في الطيف الكهرومغناطيسي الكامل يشكل الضوء جزءاً صغيراً فقط، حيث تحتوي الموجات الكهرومغناطيسية ذات الترددات العالية والأطوال الموجية الأقصر أشعة مختلفة، مثل الأشعة فوق البنفسجية “UV” وجاما “γ” والأشعة السينية.

وبالمثل، فإنّ الموجات الكهرومغناطيسية التي تستخدم ترددات أقل وأطوال موجية طويلة تشمل الموجات الميكروية والأشعة تحت الحمراء والتلفازوموجات الراديو، حيث بالنسبة لأشعة جاما يتراوح مدى التردد من “10²⁰ هيرتز” إلى “10²⁴ هيرتز” ونطاق الطول الموجي هو “10 م” إلى “12 م”، وبالنسبة للأشعة السينية يتراوح مدى التردد من ” 10¹⁷ هيرتز” إلى “10²⁰ هيرتز” ونطاق الطول الموجي هو “1 نانومتر” إلى “1 نانوميتر”.

بالنسبة للأشعة فوق البنفسجية، يكون مدى التردد من “10¹⁵ هيرتز” إلى “10¹⁷ هيرتز” ومدى الطول الموجي هو “400 نانومتر” إلى “1 نانومتر”، وبالنسبة للأشعة المرئية يتراوح نطاق التردد من “4 هيرتز” إلى “7.5 × 10¹⁴ هيرتز” ونطاق الطول الموجي أقل من “750 نانومتر” إلى 400 نانوميتر”.

بالنسبة للأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء، يكون نطاق التردد “1 * 10¹⁴” إلى “4 * 10¹⁴” ونطاق الطول الموجي أقل من “2.5 مايكرومتر” إلى “750 نانومتر”، وبالنسبة للأشعة تحت الحمراء يكون مدى التردد من “10¹³ هيرتز” إلى “10¹⁴ هيرتز” ونطاق الطول الموجي هو “2.5 مايكرومتر”، وبالنسبة لأشعة الميكروويف يكون نطاق التردد “3 * 10¹¹ هيرتز” إلى “10¹³” ونطاق الطول الموجي أقل من “1 مم” إلى “25 مايكرومتر”، وبالنسبة للأشعة الراديوية يكون مدى التردد أقل من “3 * 10¹¹” ومدى الطول الموجي أقل من “1 مم”.

ما هو الطيف المرئي؟

الطيف المرئي: هو منطقة مرئية من الموجة الكهرومغناطيسية ويمكن ملاحظتها لعيون الإنسان، حيث يتراوح مدى الطيف المرئي في الطيف الكهرومغناطيسي من منطقة الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية، كما يمكن أن يتراوح نطاق الكشف عن طيف الضوء من “400 نانومتر” إلى “700 نانومتر” وبمجرد عبور هذا النطاق لا يمكن للعين البشرية مراقبة الموجات الكهرومغناطيسية، ولكن يمكن ملاحظة هذه الموجات مثل ألوان قوس قزح، حيثما يحتوي كل لون على طول موجي مختلف.

• بالنسبة للون الأحمر، يتراوح مدى الطول الموجي من “750 نانومتر” إلى “610 نانومتر” ويتراوح التردد من “480 تيراهيرتز” إلى “405 تيراهيرتز”.

• بالنسبة للون البرتقالي، يكون نطاق الطول الموجي من “610 نانومتر” إلى “590 نانومتر” وتكون قيمة التردد من “510 تيراهيرتز” إلى “480 تيراهيرتز”.

• بالنسبة للون الأصفر، يكون مدى الطول الموجي من “590 نانومتر”  إلى “570 نانومتر” وتكون  قيمة التردد من “530 تيراهيرتز” إلى “510 تيراهيرتز”.

• بالنسبة للون الأخضر، يتراوح مدى الطول الموجي من “570 نانومتر”  إلى “500 نانومتر” ويتراوح التردد من “580 تيراهيرتز” إلى “530 تيراهيرتز”.

• بالنسبة للون الأزرق، يتراوح مدى الطول الموجي من “500 نانومتر”  إلى “450 نانومتر” ويتراوح التردد من “670 تيراهيرتز” إلى “600 تيراهيرتز”.

• بالنسبة للون النيلي، يتراوح مدى الطول الموجي من “450 نانومتر”  إلى “425 نانومتر” ويتراوح التردد من “600 تيراهيرتز” إلى “700 تيراهيرتز”.

• بالنسبة للون البنفسجي، يتراوح مدى الطول الموجي من “425 نانومتر”  إلى “400 نانومتر” ويتراوح التردد من “700 تيراهيرتز” إلى “790 تيراهيرتز”.

ما هو الضوء المرئي في الطيف الكهرومغناطيسي؟

يقع الضوء المرئي في الجزء مع الأشعة فوق البنفسجية “UV” على يسار الطيف والأشعة تحت الحمراء “IR” على اليمين، كما إنّه شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمكن تجزئته إلى سبعة ألوان، كما يتضمن هذا الجزء من الطيف مجموعة من الألوان المختلفة التي تمثل جميعها طولاً موجياً معيناً، كما تتشكل أقواس قزح بهذه الطريقة يمر الضوء عبر المادة التي يتم امتصاصها أو انعكاسها بناءً على طول موجتها، وبالتالي تنعكس بعض الألوان أكثر من البعض الآخر، ممّا يؤدي إلى إنشاء قوس قزح.

كيفية حساب الطول الموجي للضوء:

عندما يكون للضوء خصائص مثل جسيم وموجة، فيمكن التعبير عنها في معادلتين.

V = λ * f

E = h*f

حيث أنّ سرعة الضوء هي “V” والطول الموجي للضوء “λ” وتردد الضوء “f” وطاقة الموجة الضوئية هي “E” وثابت بلانك هو “h”، وقيمة ثابت بلانك هي “6.64 × 10⁻³⁴ جول / ثانية، كما تحدد المعادلة أعلاه طبيعة ضوء الموجة، وتُشير المعادلة الأولى إلى طبيعة موجة الضوء بينما تحدد المعادلة الثانية إلى الطبيعة الدقيقة للضوء.

أشكال الموجة:

يصف الشكل الموجي شكل إشارة الموجة، كما تُستخدم الموجة عادةً لوصف إشارة صوتية أو إشارة كهرومغناطيسية دورية؛ لأنّ كل منها يشبه الموجات الموجودة في جسم مائي، وهناك أربعة أنواع أساسية من أشكال الموجة:

1- موجة جيبية:

يزيد الجهد وينخفض ​​في منحنى ثابت، ويمكن العثور على الموجات الجيبية في الموجات الصوتية والموجات الضوئية وموجات الماء، وبالإضافة إلى ذلك يكون جهد التيار المتردد المقدم في شبكة الطاقة العامة على شكل موجة جيبية.

2- الموجة المربعة:

تمثل الموجة المربعة إشارة حيث يتم تشغيل الجهد ببساطة ويبقى لفترة من الوقت وينطفئ ويبقى لفترة من الوقت ويتكرر، وتسمى موجة مربعة؛ لأنّ الرسم البياني للموجة المربعة تكوّن انعطافات حادة بزاوية قائمة، وتم إيجاد ابموجات المربعة في الكثير من الدوائر الإلكترونية.

3- موجة المثلث:

يزداد الجهد في هذه الموجة في خط مستقيم حتى يصل إلى قيمة الذروة، ثم يتناقص في خط مستقيم حيث إذا وصل الجهد إلى الصفر وبدأ في الارتفاع مرة أخرى، فإنّ موجة المثلث هي شكل من أشكال التيار المباشر “DC”، ومع ذلك إذا تجاوز الجهد الصفر وأصبح سالباً قبل أن يبدأ في الارتفاع مرة أخرى، فإنّ موجة المثلث هي نوع من أشكال التيار المتردد “AC”.

• “AC” هي اختصار لـ “Alternative current”.

• “DC” هي اختصار لـ “Direct current”.

4- موجة سن المنشار:

موجة سن المنشار: عبارة عن موجة هجينة من موجة مثلث وموجة مربعة، وفي معظم موجات سن المنشار يزداد الجهد في خط مستقيم حتى يصل إلى ذروة جهده، ثم ينخفض ​​الجهد على الفور أو على الفور تقريباً إلى الصفر ويتكرر على الفور.