OPTICS
Tässä osassa tutkimme säteilyn, valon absorption ja leviämisen lakeja. Valolla on kaksoisluonne: se ilmenee myös virrana hiukkaset - fotonit(kevyet kvantit), ja miten. sähkömagneettinen säteily(sähkömagneettinen aalto). Tätä ominaisuutta kutsutaan verisolu - valon dualismi. Joissakin ilmiöissä valon aalto-ominaisuudet (interferenssi, diffraktio, polarisaatio) ovat voimakkaampia, toisissa - solunsisäiset (valotehoste, lämpö säteily, Compton-vaikutus). Tähän päivään mennessä on selitetty useita optisia ilmiöitä sekä aalto- että verisuonten (kvantti) asemista.
PALAUTTAMISEN JA VALON PALAUTTAMISEN LAITTEET
On tunnettua, että optisesti homogeenisessa väliaineessa valo etenee suoraviivaisesti vakionopeudella v. arvo
sitä kutsutaan absoluuttinen indikaattori keskimääräinen taittuminen .
Tässä c \u003d 3 ∙ 10 8 m / s on valon nopeus tyhjössä.
Kun valo putoaa kahden väliaineen väliseen rajapintaan, säteily heijastuu ja heijastuu (kuva 1). Valonsäteen tulokulma on yhtä suuri kuin heijastuskulma, ts.
α \u003d α '. (1,2)
Tätä tilaa kutsutaan heijastuslaki .
Tuleva palkki, heijastunut ja taittuva, sekä kohtisuora, joka vedetään kohtauspisteeseen, ovat samassa tasossa. ja
missä n 1 ja n 2 ovat ensimmäisen ja toisen väliaineen absoluuttiset taitekertoimet; n 21 on toisen väliaineen suhteellinen taitekerroin suhteessa ensimmäiseen; β on valonsäteen taitekulma.
Viimeinen lause on valon taittumisen laki .
Kuten kohdasta (1.3) voidaan nähdä, kun valo johdetaan optisesti vähemmän tiheästä väliaineesta väliaineeseen, jolla on suurempi optinen tiheys (n 1 ‹n 2), taitekulma β on pienempi kuin tulokulma α. Päinvastaisessa tapauksessa (n 1 ›n 2) kulma β on suurempi kuin kulma α (kuva 2), ja on mahdollista tilanne, jossa taitettu palkki liukuu rajaa pitkin (kuva 2, katkoviiva), ts. Β \u003d 90 °.
Tätä tapausta vastaavaa esiintymiskulmaa kutsutaan raja (a-oli). Kun valoa johdetaan maksimista suuremmassa kulmassa, taiteellinen säde ei poistu lainkaan toiseen väliaineeseen, vaan heijastuessaan rajapinnasta palaa ensimmäiseen väliaineeseen. Tätä ilmiötä kutsutaan kokonainen sisäinen heijastus .
Esimerkki . Lasersäde joutuu tasasuuntaiselle lasilevylle, jonka taitekerroin on 1,5 ja paksuus d \u003d 5 cm kulmassa α \u003d 30º ja kulkee yhdensuuntaisena alkuperäisen säteen kanssa. Määritä etäisyys lvapautettujen säteiden välillä.
RATKAISU. Levyn sädeväylä on esitetty kuvassa. 3. Käyttämällä valon taittumisen lakia, löydämme kulman β:
Tästä seuraa, että kulma β \u003d 19º30 '.
etäisyys l säteiden välillä löytyy kohdasta ∆ BED:
l\u003d BD ∙ cos α.
Määrittelemme segmentin BD ottamalla huomioon ∆ BCD.
Kun päällekkäiset alkuaallot menevät kohti pistettä O, värähtelyjen keskinäinen heikkeneminen tapahtuu, ja tähän suuntaan aallot poistavat toisiaan. Linjaa, jota pitkin aallon etuosa liikkuu, kutsutaan sädeksi (OA).
Isotrooppisessa väliaineessa valo leviää suoraviivaisesti, ts.
valonsäteet ovat suoria. Mitä kauemmaksi aallon etuosa lähtee pisteestä O, sitä pienemmäksi sen pinta kaareutuu. Siksi, suurella etäisyydellä valonlähteestä, pieni osa aallon etuosaa voidaan pitää tasaisena ja valonsäteet yhdensuuntaisina.
Valon etenemissuunnan muutos tapahtuu kahden eri median välisellä rajapinnalla (kuva 3). Jos ohut valonsäde tulee veden pintaan ilmasta, silloin kohtauspisteessä О osa valosta heijastuu ja osa tunkeutuu veteen ja taittuu.
Laskevan palkin muodostamaa kulmaa ja palautettua kohtisuoraa palkin kohtauspisteestä pintaan kutsutaan tulokulmaksi.
Kulmaa b, jonka taiteellinen palkki muodostaa, ja kohtisuoraa, joka on palautettu kahden median väliseen rajapintaan säteen kohtauspisteessä, kutsutaan taitekulmaan.Jos valonsäteily kulkee väliaineessa huomattavan matkan, heikentyen hiukan, niin tällaista väliainetta kutsutaan läpinäkyväksi. Anna säteilyn tuoda energia pisteeseen 0. Sitten 
.
Heijastuskerroin r osoittaa, mikä osa säteilyn ruumiin pinnalle tuomasta energiasta on energiaa,
kuljetetaan pois tältä pinnalta heijastetulla säteilyllä.
Luonnossa ei ole aineita, jotka absorboisivat tai heijastaisivat kokonaan kaikkia niihin kohdistuvia säteilyjä. Tästä huolimatta optiikassa hyväksytään abstrakti käsite: täysin musta runko, joka absorboi kokonaan kaiken siihen sattuneen säteilyn, uunin noki ja musta sametti imevät melkein kokonaan niihin kohdistuvat säteet ja kiillotettu hopea heijastaa melkein kokonaan valon.
Valonsäteilyn heijastuslait löydettiin jo III vuosisadalla eKr. Euclid:
Laskevat ja heijastuneet säteet sijaitsevat samassa tasossa heijastavan pinnan kanssa kohtisuoran kanssa, palautettuna palkin kohtauspisteeseen.
- Palkin heijastuskulma on yhtä suuri kuin tulokulma i \u003d a.
- Tapahtuma ja heijastuneet säteet ovat palautuvia.
Heijastus voi olla diffuusi (hajallaan) ja peili(kuva 4). Peiliheijastus saadaan, jos pinnan epätasaisuuksien mitat eivät ylitä valonsäteilyn aallonpituutta.
|
Kuva 4. Haja (a) ja peili (b) valonheijastus
taittuminen. Jos säteilyn etenemisnopeus väliaineessa 1 on suurempi kuin väliaine 2 (\u003e), taitekulma b on pienempi kuin tulokulma a, ts. taittunut palkki lähestyy kohtisuoraa.
Kahden väliaineen valonopeuden suhde on merkitty n 21 ja sitä kutsutaan toisen väliaineen taitekerrokseksi suhteessa ensimmäiseen.
Refraktion lait:
Laskeva palkki ja taittuva säde sijaitsevat samassa tasossa kohtisuoran palautumisen kanssa palkin kohtauspisteessä kahden median väliseen rajapintaan.
Näiden kahden väliaineen kohtaamiskulman siniaalto suhteessa taitekulman siniiniin on vakioarvo.
Siksi, kasvaessa, b myös kasvaa.
Tapahtuma ja taitekerrat ovat palautuvia.
Johdonmukaisuus ja yksivärinen.
Valon häiriöt
Tarkastellaan valon ominaisuuksia, jotka selitetään vain valon aalto-luonteella. Oletetaan, että 2 eri pisteestä etenevät aallot leviävät veden pinnalla. Tarkkailemme heidän superpositiota (superpositiota).
Jos aaltoja eri pisteistä kulkee eri taajuuksilla, niin jokaisessa havaintokohdassa on mahdotonta saada vakaata kuvaa tuloksena olevista värähtelyistä. Vakaa kuva syntyy, kun aallot päällekkäin asetetaan täysin identtisillä värähtelytaajuuksilla.
Aallolähteitä, jotka värähtelevät samalla taajuudella ja ylläpitävät jatkuvaa vaihe-eroa koko ajan, kutsutaan koherentteiksi lähteiksi. Tällaisten lähteiden luomat aallot ovat johdonmukaisia.
Ilmiötä keskinäisestä vahvistumisesta ja värähtelyjen vaimenemisesta väliaineen eri kohdissa koherenttien aaltojen superposition seurauksena kutsutaan häiriöiksi.
Kun päällekkäisiä koherentteja aaltoja vastakkaisilla vaiheillamissä tahansa ympäristössä tuloksena olevan värähtelyn amplitudi on yhtä suuri kuin ero päällekkäisten värähtelyjen amplitudit. Samojen vaiheiden aaltojen superpositiossa tapauksessa tuloksena olevan pisteoskillaation amplitudi on yhtä suuri kuin määrä päällekkäisten värähtelyjen amplitudit.
Ota 2 koherenttia valonlähdettä A ja B samoilla vaiheilla (kuva 5).
Kohdan C värähtelyjen amplitudin määrittämiseksi saadaan aaltopolkujen ero mielenkiintokohtaan C. BC-AC \u003d BD (AC \u003d DC) ja määritetään kuinka monta puoliaallonpituutta mahtuu tähän eroon (BD).
Jos segmentissä BD tavata pariton puoliaalto pois vaiheesta vaihtelut heikentyminen.
Jos segmentissä BD sopii parillinen määrä puoliaaltoja, sitten aallot pisteessä C tulevat vaiheessa ja pisteessä C maksimi värähtelyjen vahvistus.
Optiikassa vain säteet, jotka tuottaa sama valonlähde. Valohäiriöiden aikaansaamiseksi on välttämätöntä, että yhden valolähteen säteet päällekkäin asetetaan toistensa päälle millä tahansa optisella laitteella: prismalla (kuva 6), peilillä tai kiilamaisella kalvolla.
|
|
antaminenyksi väri. Tällainen säteily voidaan saada käyttämällä valosuodattimet - lasit, jotka sallivat vain yhden värin. Kaikki muut värit imevät nämä lasit.
Näytön pisteessä O, vaalea palkki on näkyvissä, koska tässä paikassa koherentit säteet menevät päällekkäin samojen vaiheiden kanssa (mitä luulet, miksi?). Kun siirryt pois näytön keskimmäisestä valokaistosta O, aaltopolkujen ero kasvaa ja kun se saavuttaa λ / 2, tummat kaistat ilmestyvät ruudulle keskikaistan O molemmille puolille. Kun aaltopolkujen ero saavuttaa λ, näytölle ilmestyvät jälleen valokaistat jne.
Valaisinkaistojen (tai tummien) välinen etäisyys on suoraan verrannollinen aallonpituuteen λ: mitä pienempi λ, sitä pienempi tämä etäisyys.
Yksiväristen säteiden värit on järjestetty kasvavien aallonpituuksien järjestykseen seuraavasti: violetti, sininen, syaani, vihreä, keltainen, oranssi ja punainen.
Tiedeessä ja tekniikassa valon häiriöitä käytetään laajalti tarkkoihin mittauksiin, esimerkiksi pintakäsittelyn laadun määrittämiseen (hionta). Häiriöitä käyttämällä mitattiin vertailumittarin pituus. Seurauksena on, että mittaria kutsutaan nyt pituudeksi, johon kryptoniatomien lähettämien oranssien säteiden aallonpituus lasketaan 1 650 763,73 kertaa.
fotometria
1. Millä korkeudella vetolaatan yläpuolella on ripustettava lamppu, jonka teho on P \u003d 300 W, niin että taulun valaistus lampun alla on yhtä suuri kuin E \u003d 60 luksia. Levyn kaltevuus on 30 0 ja lampun valoteho on 15 lm / W. Oletetaan, että isotrooppisen valolähteen lähettämä kokonaisvalovirta on Φ \u003d 4πI.
2. Määritä isotrooppisen pisteen lähteen antama kokonaisvalovirta, jos valaistuskyky on 15,0 luksia 2,00 m etäisyydellä siitä.
3. Lamppu roikkuu neliön urheilukentän keskustan yläpuolella 5 metrin korkeudessa. Laske, millä etäisyydellä kentän keskustasta maanpinnan valaistus on 2 kertaa vähemmän kuin keskellä. Oletetaan, että lampun valon voimakkuus kaikkiin suuntiin on sama.
4. Aihetta valotettaessa se valaistaan \u200b\u200bsähkölampulla, joka sijaitsee etäisyydellä r 1 \u003d 2 m siitä. Kuinka monta kertaa sinun on lisättävä valotusaikaa, jos sama lamppu on sijoitettu etäisyydelle r 2 \u003d 3 m?
5. Pyöreän pöydän, jonka halkaisija on d \u003d 1,2 m, keskellä on yhden lampun pöytälamppu 40 cm: n korkeudella pöydän pinnasta. Pöydän keskustan yläpuolella 200 cm korkeudella ripustetaan kattokruunu, jossa on neljä samaa lamppua. Missä tapauksessa ja kuinka monta kertaa valaistus pöydän reunalla on suurempi: palaako pöytälamppu vai kattokruunu?
GEOMETRINEN OPTIKA
Heijastuksen ja taittumisen lait
6. Valonsäde putoaa tasaiselle rajapinnalle kahden väliaineen välillä, joiden taitekertoimet n1 ja n2 ovat vastaavasti, heijastuvat osittain ja osittain taittuvat. Määritä tulokulma, jossa heijastunut palkki on kohtisuorassa taitevaloon nähden.
7. Valonsäde putoaa tasonsuuntaisen lasi (n \u003d 1,5) -levylle, jonka paksuus on d \u003d 5,0 cm kulmassa i \u003d 30 0. Määritä tämän levyn läpi kulkevan palkin sivuttaissiirto.
8. Vesillä (n \u003d 1,33) täytetyn astian pohjassa h \u003d 25 cm: n korkeuteen on pistevalonlähde. Läpinäkymätön levy kelluu veden pinnalla siten, että levyn keskusta on valonlähteen yläpuolella. Määritä levyn vähimmäishalkaisija, jolla valo ei kulje veden pinnan läpi.
9. Pitkä, ohut kuitu, joka on valmistettu läpinäkyvästä materiaalista ja jonka taitekerroin on n \u003d 1,35, muodostaa kuidun. Määritä suurin kulma kuidun akseliin, jonka alapuolella valonsäde voi silti pudota päähänsä kuluttaaksesi kuidun ilman vaimennusta.
10. Lasitaso, yhdensuuntainen levy asetetaan vedellä täytetylle lasille. Missä kulmassa valonsäteen pitäisi pudota levylle niin, että vesi-lasirajapinnasta tapahtuu kokonainen sisäinen heijastus? Lasin taitekerroin 1,5; veden taitekerroin on 1,33.
11. 1,0 m korkea pylväs ajetaan pystysuunnassa lammikon pohjaan siten, että se on kokonaan veden alla. Määritä varjon pituus lampin pohjassa olevasta navasta, jos auringonsäteet putoavat veden pinnalle 30 0 kulmassa. Veden taitekerroin on 1,33.
12. Määritä rajoituskulma, jossa kokonainen sisäinen heijastus tapahtuu timantissa.
13. palkki valkoinen valo putoaa 60 0: n kulmassa taso-suuntaiseen lasilevyyn. Levyn vastakkaiselta puolelta tulevat valon punaiset ja violetit valonsäteet erotetaan 0,3 mm: n päässä toisistaan. Määritä levyn paksuus, jos lasin taitekerroin äärimmäisissä punaisissa säteissä on 1,51 ja äärimmäisen violetissa 1,53.
peilit
14. Valaisupisteen S etäisyys a koveraan pallomaiseen peiliin on yhtä suuri kuin kaksi kaarevuussädettä. Piste S sijaitsee optisella pääakselilla. Määritä kuvapisteen sijainti ja rakenna tämä kuva.
15. Löydä kuvan sijainti ja sen mitat 1,0 cm korkealla esineellä, joka sijaitsee 30 cm etäisyydellä pallomaisesta koverasta peilistä, jonka kaarevuussäde on R \u003d - 20 cm.
16. Kuperan pallomaisen peilin kaarevuussäde on 60 cm. 10 cm: n etäisyydelle peilistä sijoitetaan esine, jonka korkeus on 2,0 cm. Määritä: 1) kuvan sijainti; 2) kuvan korkeus. Rakenna piirustus.
17. Käyttämällä pallomaista peiliä saatiin kohteen A. kuva B. Määritä rakenteen avulla peilin sijainti ja tarkennus.
18. Kohteen A ja kuvan A 'sijainti suhteessa pallopeilin napaan P tunnetaan. Etsi peilin sijainti ja sen tarkennus.
19. Määritä koveran pallopeilin polttoväli, jos se antaa todellisen kuvan aiheesta, suurennettuna 4 kertaa. Objektin ja sen kuvan välinen etäisyys on 15 cm.
20. Koveran peilin kaarevuussäde on 40 cm. Etsi kohteen sijainti, jossa sen kuva on todellinen ja kaksinkertainen; kuvitteellinen ja suurennettu 2 kertaa.
21. Kohde sijaitsee 15 cm: n etäisyydellä koverapeilin yläosasta sen optisella akselilla. Kuva saatiin 30 cm: n etäisyydeltä peilistä. Löydä missä ja kuinka paljon kuva siirtyy, jos kohde on 1 cm lähempänä peiliä.
22. Kovera pallomainen peili antaa kuvitteellisen kuvan, joka on 3 kertaa suurempi kuin esine. Määritä peilin polttoväli, jos kohteen ja kuvan välinen etäisyys on 20 cm. Rakenna piirros.
23. 40 cm säteellä pallomaisen koveran peilin optisella pääakselilla pistevalonlähde S on sijoitettu 30 cm etäisyydelle peilistä. Millä etäisyydellä koverasta peilistä minun pitäisi laittaa tasainen peili, jotta koveraan heijastuneet säteet ja sitten litteä peili kulkevat pisteen S läpi?
linssit
24. Kuvassa on esitetty ABC-säteen reitti ohut keräyslinssi. Rakenna DE-palkki linssin läpi.
25. Rakenna DE-palkki ohut keräyslinssin läpi.
26. Rakenna DE-säteen suunta kuljettuaan ohut sirontalinssi.
27. Kuvassa on esitetty ABC-säteen reitti ohut sirontalinssin läpi. Rakenna DE-palkki linssin läpi.
28. Kuvassa näkyy kahden pisteen A ja B sijainti sekä niiden kuvat A 'ja B', mikä antaa ohuen keräyslinssin. Löydä rakentamalla linssin sijainti ja sen temput.
29. Löydä lasin ja timantin optisten voimien suhde samalla kaarevuussäteellä.
30. Lasilinssin optinen teho ilmassa on 5,5 dioptria ja nestemäisessä 1,63 dioptria. Mikä on nesteen taitekerroin? Linssin taitekerroin on 1,5.
31. Missä ja minkä kokoinen 2,0 cm korkuisen esineen kuva sijoitetaan 15 cm: n etäisyydelle keräyslinssistä, jonka polttoväli on 0,10 m?
Aalto-optiikka
häiriö
32. Kahden koherentin valonlähteen (\u003d 0,5 μm) välinen etäisyys on 0,1 mm. Häiriökuvion häiriöiden maksimien välinen etäisyys on 1 cm. Määritä etäisyys lähteistä näytölle.
33. Kaksi koherenttia valonlähdettä, joiden aallonpituus \u003d 480 nm, luo häiriökuvion näytölle. Jos yhden palkin polulle asetetaan ohut kvartsilevy, jonka taitekerroin on n \u003d 1,46, häiriökuviota siirretään m \u003d 69 kaistalla. Määritä levyn paksuus d.
34. Ohut kalvo, jonka taitekerroin on n \u003d 1,5, valaistaan \u200b\u200bvalolla, jonka aallonpituus on \u003d 600 nm. Missä vähimmäiskerroksen paksuudessa häiriöreunat katoavat?
35. Tasasuuntaisella kalvolla taitekerroin n \u003d 1,33 kulmassa \u003d 45 0 putoaa yhdensuuntainen palkki valon. Määritä, millä pienimmällä kalvonpaksuudella spekulaarisesti heijastunut valo muuttuu voimakkaimmin keltaiseksi (\u003d 0,60 μm).
36. Newtonin renkaiden tarkkailuasennus on valaistu yksivärinen valo joiden aallonpituus \u003d 0,5 μm, putoavat normaalisti. Määritä ilmavälin paksuus, joka muodostuu sen kanssa kosketuksessa olevan tasaisen suuntaisen levyn ja tasaisen kuperan linssin muodostamasta kohdasta, jossa 5. kirkas rengas havaitaan heijastuvassa valossa.
37. Tasokupera linssin (n \u003d 1,5) 0,5 dioptrin optinen teho. Linssin kupera puoli on lasilevyllä. Määritä seitsemännen Newtonin tumman renkaan säde läpäisyssä valossa \u003d 0,5 μm.
38. Lasi-kupera linssi, jonka taitekerroin on n \u003d 1,6, kupera puoli, on lasilevyllä. Kolmannen kirkkaan renkaan säde heijastuvassa valossa (\u003d 0,6 μm) on 0,9 mm. Määritä linssin polttoväli.
diffraktio
39. Pistevalonlähde (\u003d 0,50 um) sijoitettiin kalvon eteen pyöreällä reikä, jonka säde oli r \u003d 1,0 mm. Etsi etäisyys b kalvosta havaintokohtaan, jonka reikässä olevien Fresnel-vyöhykkeiden lukumäärä on m \u003d 4. Etäisyys valonlähteestä kalvoon on a \u003d 1,0 m.
40. Tasaallon etuosan 4. Fresnel-vyöhykkeen säde on r 4 \u003d 3 mm. Määritä 12. vyöhykkeen säde samasta havaintopisteestä.
41. Pisteessä A (katso kuva) on monokromaattisen valon pistelähde (\u003d 500 nm). Kalvo, jonka reikä on 1 mm, liikkuu pisteestä 50 cm A: n päästä pisteeseen, joka on 1,5 m: n päässä A: sta. Kuinka monta kertaa pimennys tapahtuu pisteessä B, jos AB \u003d 2 m?
42. Pistelähteestä tuleva valo putoaa kalvoon, jolla on pyöreä reikä, jonka sädettä voidaan muuttaa mielivaltaisesti. Etäisyydellä sijaitsevalla näytöllä l 1 \u003d 125 cm kalvosta, saatiin diffraktiokuvio. Laskeutuvan valon aallonpituus, jos maksimiarvo havaitaan diffraktiokuvion keskeltä r 1 \u003d 1,00 mm ja seuraava seuraava r2 \u003d 1,29 mm. Etäisyys lähteestä aukkoon l 2 \u003d 100 cm.
43. Diffraktiohila sisältää 100 iskua 1 mm pituudelta. Ritilässä tapahtuvan yksivärisen valon aallonpituuden määrittäminen on normaalia, jos kahden ensimmäisen Fraunhofer-maksimin välinen kulma on 8 0.
44. Spektrometriin asennetun diffraktiohilan vakio on 2 μm. Missä kulmassa kollimaattorin akseliin tulisi asentaa kaukoputki tarkkailemaan spektriviivaa, jonka aallonpituus on 410 nm?
45. Kapealla raolla, jonka leveys on b \u003d 0,05 mm, se putoaa normaalisti yksivärinen valo aallonpituudella \u003d 694 nm. Määritä valon suunta toiseen kirkkaaseen diffraktiokaistaan \u200b\u200b(suhteessa alkuperäiseen valonsuuntaan).
46. Normaalisti monokromaattinen valo, jonka aallonpituus \u003d 0,5 μm, johdetaan rakoon, jonka leveys on b \u003d 0,1 mm. Rakojen suuntaisella näytöllä havaitaan diffraktiokuvio. Määritä etäisyys raosta seulaan, jos keskimmäisen diffraktion enimmäisleveys on d \u003d 1 cm.
47. Monokromaattiset valot, joiden aallonpituus \u003d 600 nm, pääsevät normaalisti difraktiohilaan. Määritä tällä hilalla suurin saatu spektrijärjestys, jos sen vakio d\u003d 2 μm.
polarisaatio
48. Luonnonvalonsäde putoaa lasille taitekerroin n \u003d 1,73. Määritä, missä taitekulmassa lasista heijastunut valonsäde polarisoituu täysin.
49. Osittain polarisoidun valon polarisaatioaste on 0,75. Määritä analysaattorin lähettämän suurimman valovoiman suhde minimiin.
50. Analysaattori vaimentaa 2 kertaa sen polarisoidun valon voimakkuuden. Mikä on polarisaattorin ja analysaattorin päätasojen välinen kulma?
51. Polarisaattorin ja analysaattorin päätasojen välinen kulma on 30 0. Määritä niiden läpi kulkevan valon voimakkuuden muutos, jos päätasojen välinen kulma on 45 0.
Geometrisessa optiikassa pääpiste on likiarvo, jossa valon aallonpituus λ on nolla. Lisäksi geometrisen optiikan valovirtaa pidetään erillisten riippumattomien valonsäteiden joukona, joista kukin noudattaa valon taittumisen ja heijastuksen lakeja. Optisesti isotrooppisessa väliaineessa säteet ovat kohtisuorassa aallon etuosaan edessä jokaisessa pisteessä ja kuvaavat valon aallon etuosan liikettä avaruudessa.
Valon leviämisen suoranaisuus on varjon muodostuminen. Pistevalonlähteestä nousee täydellinen varjo. Säteet, jotka lähtevät yhdestä pisteestä erilainen palkki (palkin poikkileikkaus kasvaa). Yhdessä pisteessä lähentyvät säteet muodostavat lähentyvä palkki .
Kun valoaalto putoaa tasaiselle rajapinnalle kahden eristeen välillä, joilla on eri suhteelliset olosuhteet, valoaalto heijastuu osittain ja taittuu osittain. Väliaineen ominaisuudet ovat tässä tapauksessa valon etenemisnopeus niissä: missä c \u003d 3 · 10 8 m / s on valon nopeus tyhjössä, ε on väliaineen suhteellinen dielektrisyysvakio, μ on väliaineen suhteellinen magneettinen läpäisevyys (suurimmalle osalle dielektrisiä väliaineita). asenne
sitä kutsutaan absoluuttinen taitekerroin valon. asenne
sitä kutsutaan suhteellinen taitekerroin kevyt väliaine 2 suhteessa väliaineeseen 1.
Kaavat (1.1), (1.2) koskevat vain aaltoja, joiden taajuudet ovat pienet verrattuna prosessien taajuuteen väliaineen atomeissa ja molekyyleissä. Taitekertoimen hajonnan vuoksi nämä kaavat ovat voimassa vain yksivärisissä aalloissa. Väliaineita, joissa heijastuneet ja taiteutuneet aallot leviävät, pidetään puolittain äärettöminä, ts. oletetaan, että vain kolme aaltoa lähentyy rajapinnassa: tapahtuva, heijastunut, taittuva, ts. Useita heijastuksia ei oteta huomioon.
Kun kevyt aalto putoaa ihanteelliseen 2 dielektrisen tason rajapintaan, jonka mitat ylittävät huomattavasti aallonpituuden, heijastuneen aallon etenemissuunnan ja normaalin välinen kulma rajapintaan ι '1 (heijastuskulma) on absoluuttisena arvona sama kuin tulevan aallon vastaava kulma ι 1 (heijastuslaki , kuva 1.1). Taiteellisen aallon etenemissuunnan ja normaalin välinen kulma rajapintaan (taitekulma ι 2) liittyy lakiin liittyvään kulmaan kevyt taite :
(1.3)
jossa n 21 - väliaineen, jossa valo leviää, suhteellinen taitekerroin suhteessa väliaineeseen, jossa tuleva valo leviää.
Jos valoaalto optisesti tiheämmästä väliaineesta 1 putoaa rajapintaan optisesti vähemmän tiheän väliaineen 2 kanssa (ts. Jos), niin tulokulmassa i 1\u003e i crmissä synti minä cr=n 21, synti i 2\u003e1, mikä on mahdotonta. kulma minä cr missä i 2 \u003d90 0 ja taiteutunut aalto puuttuu, kutsutaan kriittinen kulma valo putoaa. Täysin ensimmäisen väliaineen valonheijastuksen ilmiöitä kutsutaan täysi sisäinen heijastus valon. Sattuvan sähkömagneettisen aallon energia palautetaan kokonaan ensimmäiseen väliaineeseen, mutta tapahtumien tulo- ja heijastuneen aallon poistumispaikat rajapinnassa ovat etäällä toisistaan \u200b\u200betäisyydellä, joka on noin puolet valoaallon pituudesta.
Heijastetun aallon voimakkuuden ja tapahtuman intensiteetin välistä suhdetta kutsutaan heijastuskerroin toisen väliaineen valo suhteessa ensimmäiseen. Taitetuksi kirjatun intensiteetin ja tulevan aallon voimakkuuden välistä suhdetta kutsutaan transmittanssi toinen väliaine suhteessa ensimmäiseen.
Geometrisessa optiikassa valonlähteen kutakin pistettä pidetään hajoavan keskuksena
säteilypalkki kutsutaan homocentric . Jos heijastusten ja taiteiden jälkeen myös säde konvergoituu yhdessä pisteessä, niin se on myös homokestrinen. Heijastetun tai taittuneen säteen keskipistettä kutsutaan valonlähteen vastaavan pisteen kuvaksi. Jos jokainen valolähteen piste vastaa kuvaa yhtä pistettä, kuva kutsutaan stigmatic . Samanlaisia \u200b\u200blähteen ja kuvan kohtia, samoin kuin vastaavia valonsäteitä ja -säteitä kutsutaan konjugoitua . Geometrisen optiikan tehtävä on konjugaattikuvien rakentaminen.