Геометрична оптика. Основні поняття

Основними поняттями геометричній оптики виступають пучок і промінь.

наприклад:

Зайдемо в кімнати зі згустками диму і закриємо вікно шматком фанери. Тоді можна побачити, що через отвори в фанері проходить сонячне світло у вигляді вузьких циліндричних каналів. Конічні канали виникають, якщо помістити маленьку лампочку в непрозорий ящик з отворами.

Циліндричні або конічні канали малого поперечного перерізу, всередині яких поширюється світло, називаються світловими пучками.

Лінії, які вказують напрямок поширення світлової енергії, називаються світловими променями (коректно застосовувати визначення і для утворюють і для осей світлових пучків).

Оскільки при дифракції світлова хвиля кілька заходить за краї екрануючого матеріалу та прямолінійність поширення світла порушується, то замість пучка з яскраво вираженими утворюють видно розширюється пучок без чітких меж. Світіння видно в конусі, кут розчину якого:

sin (γ / 2) ≈ λ / D,

де D – діаметр отвору в непрозорому екранувальній матеріалі.

Отже, при наявності діафрагми, яка обов’язково присутня в оптичних приладах, закон прямолінійності поширення світла порушується. Однак іноді розширення пучка х == (D1 – D) / 2 мало, якщо відносити його до діаметру діафрагми, тоді є можливість знехтувати дифракцией.

Видно, що х = L tg (γ / 2), при малих кутах tg (γ / 2) ≈ sin (γ / 2) ≈ λ / D.

Отже, х ≈ L λ / D.

Умова х << D набуде вигляду L λ / D << D, звідки:

оптика. Геометрична оптика. Основні поняття.

Дане явище називається критерієм застосування геометричної оптики.

Приймають, що закони геометричної оптики застосовні, коли розміри діафрагми набагато більше довжини хвилі світла. Але цей критерій не є достатнім, тому що не враховує відстань L від екрану, тобто точки зору спостерігача, до діафрагми. При значних L умова порушується і видимий в експерименті досвід відрізняється від того, що розрахований за допомогою геометричної оптики, навіть для випадку, коли отвір є досить великим.

Наприклад. Діаметр діафрагми D = 2 мм, що в 4000 разів більше довжини хвилі зеленого світла (λ = 500 нм = 5 • 10-7 м). Тоді D >> λ.

Однак закони геометричної оптики справедливі при L << 10-6 / 5 • 10-7 м, тобто при L << 2 м.

На відстані близько 2 м від діафрагми ми побачимо дифракційну картину, і тоді геометричну оптику застосувати не зможемо.

Таким чином, видно, що світловий промінь можна розглядати в якості вузького пучка, одержуваного при звуженні діафрагми. Не існує нескінченно вузьких світлових пучків, тому що пучок світла завжди має кінцеву ширину. Луч можна розглядати в якості осі пучка, але не самого пучка. Світловий промінь характеризує тільки напрямок поширення світлової енергії, це чисто геометричне поняття.

ПОДІЛИТИСЯ: