Представления геометрической оптики справедливы лишь в той степени, в которой явлениями дифракции и интерференции можно пренебречь. Геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, когда длина волны существенно меньше размеров объекта.
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:
Физической основой геометрической световой оптики является изменение направления светового луча на границе раздела двух сред, что выражается в форме закона преломления:
где
- 1 — угол падения светового луча;
- 2 — угол преломления;
- и1 и и2 — фазовые скорости световых волн в среде 1 и 2 соответственно;
- n1 и п2 — абсолютные показатели преломления соответствующих сред;
n1= (c/u1) n2= (c/u2)
- n —относительный показатель преломления.
Относительный показатель преломления n21 показывает, во сколько раз скорость света V1 в первой среде отличается от скорости света V2 во второй среде.
n21 = 
Относительный показатель преломления – это наглядная демонстрация того факта, что причина изменения направления света при переходе из одной среды в другую – это разная скорость света в двух средах. Часто для характеристики оптических свойств среды пользуются понятием «оптическая плотность среды» (рис. 3).
Полное внутренне отражение.Если налить воду в прозрачный стакан и посмотреть через стенку стакана на свет, то мы увидим серебристый блеск поверхности вследствие явления полного внутреннего отражения.
Луч SО1 падает на поверхность воды под наименьшим углом, этот луч частично преломляется – луч О1А1 и частично отражается назад в воду – луч О1В1. Таким образом, часть энергии падающего луча передается преломленному лучу, а оставшаяся часть энергии – отраженному лучу.
Полное внутреннее отражение
Для луча SО2, чей угол падения больше, и отраженный луч О2В2 будет ярче, чем луч О1В1, то есть получит большую долю энергии. Преломленный луч становится все тусклее и в какой-то момент исчезает совсем, это исчезновение происходит при достижении угла падения, которому отвечает угол преломления 900. Естественно, что при дальнейшем увеличении угла падения преломленный луч будет отсутствовать. Угол, при котором наступает это явление, называется предельным углом полного внутреннего отражения.
Величину предельного угла легко найти из закона преломления:
= 
=> 
= arcsin, для воды ≈ 490
Самым интересным и востребованным применением явления полного внутреннего отражения являются так называемые волноводы, или волоконная оптика. Это как раз тот способ подачи сигналов, который используется современными интернет-компаниями для передачи данных.
Комментариев нет:
Отправить комментарий