Основные законы и положения геометрической оптики

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Основные законы и положения геометрической оптики

 

Геометрическую оптику можно рассматривать как абстрагирование оптических явлений, благодаря чему решается ряд задач по образованию изображения, являющегося геометрическим преобразованием предмета.

С помощью геометрической оптики могут быть рассмотрены и оптические явления, обусловленные волновой природой света.

Область геометрической оптики можно представить в виде двух разделов: коллинеарного преобразования изображения, называемого теорией солинейного сродства (когда не рассматриваются явления преломления света), и раздела, построенного на использовании явления преломления света, носящего чисто геометрический характер.

С позиций физической оптики некоторые понятия геометрической оптики (светящаяся точка, световой луч) носят абстрактный характер. Геометрическую оптику иногда рассматривают как отдельную область физической оптики, определяемую волновым уравнением при переходе конечной длины волны к нулю ().

Основные выводы геометрической оптики создают необходимый математический аппарат для проектирования и расчета оптических систем.

В основе геометрической оптики лежат 4 основных закона:

¨ закон прямолинейного распространения света, в соответствии с которым в однородной изотропной среде световые пучки распространяются вдоль прямых линий, соединяющих начальную и конечную точки; в оптически неоднородной среде закон не выполняется вследствие проявления дифракции света, отражения, преломления или рассеяния света на границах раздела сред и на оптических неоднородностях сред;

¨ закон независимого распространения света: отдельные пучки при встрече или пересечении не влияют друг на друга; закон не выполняется для когерентных пучков, так как при их наложении друг на друга имеет место интерференция волн, обусловливающая перераспределение энергии;

¨ закон отражения, в соответствии с которым: а) падающий и отраженный лучи света, а также перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к границе раздела сред, лежат в одной плоскости; б) угол отражения равен углу падения;

¨ закон преломления, в соответствии с которым: а) падающий и преломленный лучи света, а также перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к границе раздела сред, лежат в одной плоскости; б) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скоростей распространения света в граничащих средах или, иначе, обратному отношению абсолютных показателей преломления сред, то есть относительному показателю преломления среды, в которую переходит свет, относительно показателя преломления среды, из которой свет падает на границу раздела:

. (1.1)