Законы геометрической оптики. Принцип Ферма. Полное внутреннее отражение. Линзы. Построение изображение в собирающей и рассеивающей линзе. Сферическая и хроматическая аберрация

Закон прямолинейного распространения света

Закон независимости световых лучей

Законы отражения

Законы преломления

ФЕРМА ПРИНЦИП - основной принцип геометрической оптики, утверждающий в простейшей форме, что луч света всегда распространяется в пространстве между двумя точками по тому пути, вдоль которого время его прохождения меньше, чем вдоль любого из др. путей, соединяющих эти точки. Время прохождения светом расстояния l в среде с показателем преломления п пропорционально оптич. длине пути S. Для однородной среды S=nl, а для неоднородной Т.о., в этой форме Ф.п. есть принцип наименьшей оптич. длины пути.

Полное внутреннее отражение

При увеличении угла падения i, угол преломления тоже увеличивается, при этом интенсивность отраженного луча растет, а преломленного - падает (их сумма равна интенсивности падающего луча). При каком-то значении i = iкр угол r = π/2, интенсивность преломленного луча станет равной нулю, весь свет отразится. При дальнейшем увеличении угла i > iкр преломленного луча не будет, происходит полное отражение света.

Значение критического угла падения, при котором начинается полное отражение найдем, положим в законе преломления r = π/2, тогда Sin r = 1, значит:

Линза - система двух, чаще всего сферических, преломляющих поверхностей, ограничивающих прозрачное тело. Обычно линзы делают стеклянными.

Линзы бывают собирающими и рассеивающими.

Собирающая линза в средней части толще и отклоняет лучи к оптической оси, если показатель преломления линзы больше показателя преломления среды.

Рассеивающая линза в средней части тоньше и отклоняет лучи от оптической оси.

Сферическая аберрация возникает из-за того, что лучи света, параллельные главной оптической оси объектива, падая на сферическую поверхность линзы или зеркала, после преломления или отражения пересекаются не в одной точке. Края объектива строят изображение ближе к объективу, а центральная часть – дальше. В результате изображение имеет в фокальной плоскости нерезкий вид.

Хроматическая аберрация характерна для всех преломляющих оптических приборов. Возникает из-за того, что коэффициент преломления среды зависит от длины волны света. Синие лучи отклоняются линзой сильнее красных, и поэтому положения фокусов для лучей разных длин волн не совпадают. В результате изображение звезды выглядит как набор радужных колец.

Условие когерентности волн. Способы получения когерентных волн. Принцип суперпозиции волн. Монохроматическая волна и реальная волна (группа волн). Оптическая разность хода и разность фаз.

Волны должны иметь: одинаковую частоту колебаний постоянную разность фаз (не зависящую от времени) колебания векторов вдоль одной прямой или вдоль параллельных прямых.

Получение когерентных волн для реализации интерференции в оптике осуществляется двумя способами:

инструментальное получение из данного источника двух когерентных;

деление фронта волны.

Схемы получения когерентных волн в первом случае основаны на получении двух источников, которые являются двумя изображениями данного единого излучающего центра (метод Юнга, бипризма Френеля, зеркала Френеля). Во втором случае получение когерентных волн происходит делением волны в пределах цуга на две волны (интерферометр Майкельсона, тонкие пленки, клин, кольца Ньютона).

Пpинцип супеpпозиции волн гласит, что волны от pазличных источников не взаимодействуют дpуг с дpугом и что сложное волновое поле от двух или большего числа источников находится путем геометpического сложения волн от отдельных источников, т.е.

Е=Е1+Е2+….

Монохроматическая волна — модель в физике, удобная для теоретического описания явлений волновой природы, означающая, что в спектр волны входит всего одна составляющая по частоте. Монохроматическая волна — строго гармоническая (синусоидальная) волна с постоянными во времени частотой, амплитудой и начальной фазой

Строго монохроматическая волна — это идеализация. Таких волн в природе нет. Любая реальная волна, может быть представлена как суперпозиция монохроматических волн с различными амплитудами и частотами со в некотором интервале Доз. Суперпозицию волн, мало отличающихся друг от друга по частотам называют волновым пакетом или группой волн.