Оптиканың геометриялық негізгі заңдары

1. Тү зу сызық ты жарық тың қ олдану заң ы;

2. Жарық тың шағ ылу заң ы;

3. Жарық тың сыну заң ы.

Геометрикалық оптиканы толқ ынды оптикалық шектелген деп қ арастыруғ а болады.

Оптика бө лімі, қ озғ алу энергиясының жарық сә улесі сияқ ты бағ ытталуын жарық энергиясы негізінде қ олданылуы геометриялық оптика деп аталады. Геометриялық оптиканың негізгі заң ы жарық тың физикалық табиғ аттын орнатудан кө п бұ рын белгілі болды.

Тү зу сызық ты жарық заң ы оптикалық біртекті ортада тү зу сызық ты жарық қ олданылғ анда орынды. Бұ л заң ды кенет кө лең кеде тү ссіз емес денелердің жарық талуы кезінде кіші ө лшемді жарық («нү ктелік кө з») кө зі кезінде қ олданады. Нә тижесінде тар жарық шоғ ыры пайда болатын жарық тың ө туі алыс кө зден ү лкен емес саң ылау ішінен басқ а атақ ты ә діс дә лелдеулері қ ызмет етуі мү мкін. Бұ л ә діс жарық сә улесін геометриялық сызық ретінде ұ сынылғ ан жарық бойында қ олданылады.

Мө лшерлері ү лкен ұ зындық тағ ы толқ ындармен салыстырғ анда, жарық тың аз бө лігі ө тетін болса, жарық сә улесі мә нін жоғ алтады, нә тижесінде тү зу сызық ты заң ды қ олдану да бұ зылады. Сол себептен толқ ындық оптика ұ мтылғ ан кезде геометриялық оптикағ а сү йенеді.

Жарық екі тү ссіз заттар арасында бө лшектеніп шағ ылады, жарық энергиясы шағ ылғ аннан кейін жаң а бағ ытта қ олданылады.

Жарық тың шағ ылу заң ы: екі заттың бө лінген жеріне перпендекуляр нү ктеге тү скен жә не шағ ылғ ан сә уленің шағ ылу бұ рышы тү су бұ рышына тең.

Жарық тың сыну заң ы: тү скен жә не шағ ылғ ан сә уле, сонымен қ атар қ алпына келген сә уленің тү су нү ктесі екі заттың шекарасына перпендекуляр бір жазық тық та жатады. Берілген тұ рақ ты екі заттың d тү су бұ рышының синусының сыну бұ рышының синусына қ атынасы сыну кө рсеткішін береді:

 

. (4.18)

 

Екінші заттың біріншіге қ атынасы сынудың қ атынасының кө рсеткіші n тұ рақ ты мө лшерін айтады. Заттың вакуумғ а байланысты сыну кө рсеткіш абсолютті сыну кө рсеткіші деп аталады.

Екі заттың сыну кө рсеткіштерінің қ атынасы олардың абсолютті сыну кө рсеткішіне тең:

 

. (4.19)

 

Шағ ылу жә не сыну заң дары толқ ынды физикамен тү сіндіріледі. Сыну толқ ынының бір заттан келесі затқ а ө ту кезіндегі жылдамдығ ының ө згеруі толқ ын тү сінігі бойынша анық талатын болса, онда сынудың физикалық кө рсеткіші бірінші заттағ ы толқ ын жылдамдығ ының екінші заттағ ы толқ ын жылдамдығ ына қ атынасымен анық талады:

 

. (4.20)

 

Сынудың абсолютті кө рсеткіші вакуумдегі жарық жылдамдығ ының с заттағ ы жарық жылдамдығ ына қ атынасымен анық талады:

 

. (4.21)

 

Заттағ ы абсолютті шағ ылуының аз кө рсеткішін беріктігі аз деп айтады. Оптикалық беріктігі жоғ ары ортадан оптикалық беріктігі аз ортағ а жарық тың ө туі кезінде (мысалғ а, шыныдан ауағ а) , сынғ ан сә уленің толық шағ ылуының пайда болуын байқ ауғ а болады (4.5-сурет). тү су бұ рышы ү шін .

 

 

4.5-сурет. Оптикалық беріктігі жоғ ары ортадан оптикалық беріктігі аз ортағ а жарық тың ө туі кезінде сынғ ан сә уленің толық шағ ылуы

 

Шағ ылу жә не сыну заң дары:

 

 

мұ ндағ ы - бірінші ортаның абсолютті сыну кө рсеткіші, шыны-ауа шекарасының арасы ү шін қ иын бұ рыштың мә ні , су-ауа ү шін қ иын бұ рыштың мә ні тең.

 

Егер екінші орта ауа болып табылатын болса (), онда формуланы келесі тү рде жазады:

 

, (4.22)

 

Толық ішкі шағ ылу қ ұ былысы кө птеген оптикалық қ ұ рылғ ыларда қ олданыс тапқ ан. Ол ө зімен бірге жұ қ а (бірнеше микрометрден миллиметрге дейін) еркін иілетін оптикалық тү ссіз материалды жіптерден (шыны, кварц) тұ рады. 4.6-суретте су-ауа арасындағ ы ішкі толық шағ ылу кө рсетілген, мұ ндағ ы S-жарық тың нү ктелік кө зі.

 

 

4.6-сурет. Су-ауа арасындағ ы ішкі толық шағ ылу

 

Жібекті жарық ө ткізгішті қ ұ растыру қ ызығ ырақ жә не оны тә жірибеде қ олдану маң ызды болып табылады. Жарық толық ішкі шағ ылысудың есебінен бү йір кең істіктен жарық ө ткізгіш торына тү сетін жарық қ олданылуы мү мкін (4.7-сурет). Ғ ылыми-техникалық бағ ытта айналысатын жә не оптикалық жарық ө ткізгіш жібекті оптика деп аталады.

 

 

4.7-сурет. Жібекті жарық ө ткізгіште жарық тың қ олданылуы

Қ атты иілу кезінде жібектің толық ішкі шағ ылу заң ы бұ зылады жә не жібекке бү йірлік кең істіктен жарық бө лініп шығ ады.