Лекційний матеріал

Хвильова оптика в основу аналізу всіх явищ ставить процес поширення електромагнітних (світлових) хвиль у просторі. У випадку однорідного середовища поширюються світлові хвилі з необмеженим фронтом (плоскі, сферичні, еліптичні). Енергія потоку електромагнітних хвиль «передається» в напрямках руху вектора Умова – Пойнтинга. Ці напрямки являють собою те, що прийнято називати світловими променями. Бажаючи створити уяву про світлові промені більш «відчутно», в ряді випадків під словами «світловий промінь» вважають вузький конус з вершиною в джерелі випромінювання, віссю якого є нормаль до поверхні хвилі.

Σ

dφ r

S

Рис. 3.1

Σ – сферичний фронт на відстані від джерела S,

– нормаль,

dφ – кутовий простір елементарного конуса, який можна прийняти за фізичне представлення світлового променя.

Чим менше dφ, тим ближче ми до поняття світловий промінь у його геометричному розумінні.

Якщо представити світловий промінь фізично, то при малих dφ світловий конус розширюється внаслідок явища дифракції.

Величини розширення розраховується за формулою:

, при D = λ, , тобто світловий пучок перетворюється у сферичну світлову хвилю, що поширюється у просторі з тілесним кутом рівним 2 π.

Це означає, що фізичне ототожнення світлового пучка зі світловим променем, можливо лише при:

1) умові D >> λ,

D – розмір фронту світлової хвилі (тобто практично розмір отвору), або пучок, який розходиться.

2) для пучків, які сходяться аналогічна умова R >> λ,

де R – радіус кривизни фронту світлової хвилі.

3) середовище повинно бути або однорідним, або n змінюється плавно, тобто відсутнє розсіювання світла на частинках, це виглядає так:

4) відсутнє практично поглинання світла середовищем, тобто амплітуда світлової хвилі або джерела змінюється плавно, це виглядає так:

де D – мінімальний розмір фронту світлової хвилі, R – радіус кривизни фронту світлової хвилі, – будь-який напрямок у середовищі, n – абсолютний показник заломлення середовища, Е ₀ – амплітуда, довжина напрямленої хвилі у вакуумі.

Розділ оптики, в якому розповсюдження світлової енергії розглядається на основі уявлення про світлові промені як напрямки руху енергії, називається геометричною оптикою.

Геометрична оптика базується на законах прямолінійного розповсюдження світла, а також відбиття та заломлення світла, і є основою теорії оптичних приладів.

Дата добавления: 2015-06-04