Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Геометрична оптика



План:


Введення

Геометрична оптика - розділ оптики, що вивчає закони розповсюдження світла в прозорих середовищах і принципи побудови зображень при проходженні світла в оптичних системах без урахування його хвильових властивостей.

Наріжним наближенням геометричної оптики є поняття світлового променя. У цьому визначенні мається на увазі, що напрям потоку променистої енергії (хід світлового променя) не залежить від поперечних розмірів пучка світла.

В силу того, що світло являє собою хвильове явище, має місце інтерференція, в результаті якої обмежений пучок світла поширюється не в якомусь одному напрямку, а має кінцеве кутовий розподіл тобто має місце дифракція. Однак у тих випадках, коли характерні поперечні розміри пучків світла достатньо великі в порівнянні з довжиною хвилі, можна знехтувати расходимость пучка світла і вважати, що він поширюється в одному єдиному напрямку: уздовж світлового променя.

Крім відсутності хвильових ефектів, в геометричній оптиці нехтують також квантовими ефектами. Як правило, швидкість поширення світла вважається нескінченною (внаслідок чого динамічна фізична задача перетворюється на геометричну), проте облік кінцевої швидкості світла в рамках геометричної оптики (наприклад, в астрофізичних додатках) не становить труднощі. Крім того, як правило, не розглядаються ефекти, пов'язані з відгуком середовища на проходження променів світла. Ефекти такого роду, навіть формально лежать в рамках геометричної оптики, відносять до нелінійної оптики. У випадку, коли інтенсивність світлового пучка, що поширюється в даному середовищі, досить мала для того, щоб можна було знехтувати нелінійними ефектами, геометрична оптика базується на загальному для всіх розділів оптики фундаментальному законі про незалежне поширенні променів. Згідно з ним промені при зустрічі з іншими променями продовжує поширюватися в тому ж напрямку, не змінивши амплітуди, частоти, фази і площини поляризації електричного вектора світлової хвилі. У цьому сенсі промені світла не впливають один на одного і поширюються незалежно. Результуюча картина розподілу інтенсивності поля випромінювання в часі і просторі при взаємодії променів може бути пояснена явищем інтерференції.

Не враховує геометрична оптика також і поперечного характеру світлової хвилі. Внаслідок цього в геометричній оптиці не розглядається поляризація світла та пов'язані з нею ефекти.


1. Закони геометричної оптики

В основі геометричної оптики лежать кілька простих емпіричних законів:

  1. Закон прямолінійного поширення світла
  2. Закон незалежного розповсюдження променів
  3. Закон відбиття світла
  4. Закон заломлення світла ( Закон Снелла)
  5. Закон оборотності світлового променя. Згідно з ним промінь світла, що поширився по певній траєкторії в одному напрямку, повторить свій хід у точності при поширенні і в зворотному напрямку.

Оскільки геометрична оптика не враховує хвильової природи світла, в ній діє постулат, за яким якщо в якійсь точці сходяться дві (чи більше) систем променів, то освітленості, створювані ними, складаються.

Однак найбільш послідовним є висновок законів геометричної оптики з хвильової оптики в ейкональном наближенні. У цьому випадку, основним рівнянням геометричної оптики стає рівняння ейконала, яке допускає також словесну інтерпретацію у вигляді принципу Ферма, з якого і виводяться перераховані вище закони.

Приватним видом геометричної оптики є матрична оптика


2. Розділи геометричної оптики

Серед розділів геометричної оптики варто відзначити

  • розрахунок оптичних систем в параксіального наближенні
  • поширення світла поза параксіального наближення, формування каустик і інших особливостей світлових фронтів.
  • поширення світла в неоднорідних і неізотропних середовищах ( градієнтна оптика)
  • поширення світла в хвилеводах і оптоволокні
  • поширення світла в гравітаційних полях масивних астрофізичних об'єктів, гравітаційне лінзування.

3. Історія досліджень

Евклід в "Оптиці" показав прямолінійність поширення світла.

Клавдій Птолемей досліджував заломлення світла на межі повітря-вода і повітря-скло.

Арабський учений Ібн ал-Хайсам (Альхазен) вивчав закони заломлення та відбиття світла. Одним з перших висловив думку про те, що джерелом світлових променів є не око, а світяться предмети.

Йоганн Кеплер в трактаті "Доповнення до Віттель" ("Оптична астрономія", 1604) виклав основи геометричної оптики, сформулював закон про обернено пропорційній залежності освітленості і квадрата відстані від джерела.

Віллеброрд Снелл в 1621 відкрив закон заломлення світла (закон Снеллиуса).


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Геометрична прогресія
Геометрична акустика
Оптика
Призма (оптика)
Прикладна оптика
Градієнтна оптика
Інтегральна оптика
Матрична оптика
Нейтронна оптика
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru