1.

Геометрическая оптика - раздел оптики, в котором законы распространения света в прозрачных средах рассматриваются с точки зрения геометрии. Волновая оптика при λ = 0 переходит в геометрическую. Геометрическая оптика оперирует понятием световых лучей, независимых друг от друга и подчиняющихся известным законам преломления и отражения.

Световой луч - это линия, вдоль которой распространяется энергия излучения. Световому лучу в волновой оптике соответствует нормаль (перпендикуляр) к волновой поверхности.

Оптической системой называется совокупность оптических деталей (призмы, линзы, зеркала), предназначенных для преобразования пучков световых лучей посредством преломления и отражения на поверхностях, которыми ограничены оптические детали.

Оптическую систему называют центрированной, если центры сферических поверхностей или оси симметрии других поверхностей, образующих оптическую систему, расположены на одной прямой, называемой оптической осью.

Если пучок световых лучей, идущий из какой-либо точки Р , после прохождения через оптическую систему пересекается в точке Р', то точка Р' называется изображением точки Р. Изображение, образованное пересечением лучей выходящих из оптической системы, называют действительным, а изображение, образованное пересечением геометрических продолжений этих лучей – мнимым

Для того, чтобы подчеркнуть, что лучи строго пересекаются только в одной точке Р' изображение в этом случае называют стигматическим.

Пучок же лучей, исходящих из одной точки или сходящихся в одной точке, называется гомоцентрическим .Точка пересечения параллельного пучка световых лучей находится в бесконечности

В геометрической оптике изображение точки принято обозначать той же буквой, что и предмет, но со штрихом. Это относится и к другим обозначениям (лучам, плоскостям, углам, отрезкам, показателям преломления и т.д.).

Любой предмет или изображение рассматриваются как совокупность предметных точек или изображений этих точек. Две точки, одна из которых является изображением другой, называют сопряженными. Все пространство, в котором распространяются пучки лучей, можно разделить на две части. Пространство, в котором находятся точки предметов, называется пространством предметов. Пространство, в котором расположены изображения точек пространства предметов, называют пространством изображений.

Положительное направление распространения света слева направо. Для каждого отрезка указывается направление отсчета.

2. Законы геометрической оптики

1.Закон прямолинейного распространения света: в прозрачной однородной среде свет распространяется по прямым линиям. В связи с законом прямолинейного распространения света появилось понятие световой луч, которое имеет геометрический смысл как линия, вдоль которой распространяется свет. Реальный физический смысл имеют световые пучки конечной ширины. Световой луч можно рассматривать как ось светового пучка. Поскольку свет, как и всякое излучение, переносит энергию, то можно говорить, что световой луч указывает направление переноса энергии световым пучком. Также закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить, как возникают солнечные и лунные затмения.

2.Закон независимого распространения лучей — второй закон геометрической оптики, который утверждает, что световые лучи распространяются независимо друг от друга. Так, например, при установке непрозрачного экрана на пути пучка световых лучей экранируется (исключается) из состава пучка некоторая его часть. Однако, по свойству независимости необходимо считать, что действие лучей оставшихся незаэкранированными от этого не изменится.

3. Закон отражения света — устанавливает изменение направления хода светового луча в результате встречи с отражающей (зеркальной) поверхностью: падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения, и эта нормаль делит угол между лучами на две равные части. Широко распространённая, но менее точная формулировка «угол падения равен углу отражения» не указывает точное направление отражения луча. Тем не менее, выглядит это следующим образом:

4.Закон преломления света. Закон Снеллиуса (также Снелля или Снелла) описывает преломление света на границе двух прозрачных сред. Также применим и для описания преломления волн другой природы, например звуковых.

Закон был открыт в начале XVII века голландским математиком Виллебрордом Снеллиусом[1]. Несколько позднее опубликован (и, возможно, независимо переоткрыт) Рене Декартом.

n1sinq1=n2sinq2

Угол падения света на поверхность связан с углом преломления соотношением

Здесь:

n1 — показатель преломления среды, из которой свет падает на границу раздела;

q1 — угол падения света — угол между падающим на поверхность лучом и нормалью к поверхности;

n2— показатель преломления среды, в которую свет попадает, пройдя границу раздела;

q2— угол преломления света — угол между прошедшим через поверхность лучом и нормалью к поверхности.

Если , имеет место полное внутреннее отражение (преломлённый луч отсутствует, падающий луч полностью отражается от границы раздела сред)

3. Центрированная оптическая…..

Центрированная оптическая система. Кардинальные элементы центрированной оптической системы: фокусы, фокальные плоскости и главные точки, точки.

Оптическая система – это совокупность оптических сред, разделенных оптическими поверхностями, которые ограничиваются диафрагмами. Оптическая система предназначена для формирования изображения путем перераспределения в пространстве электромагнитного поля, исходящего из предмета (преобразования световых пучков).

Центрированная оптическая система – это оптическая система, которая имеет ось симметрии (оптическую ось) и сохраняет все свои свойства при вращении вокруг этой оси.

Для центрированной оптической системы должны выполняться следующие условия:

• все плоские поверхности перпендикулярны оси,

• центры всех сферических поверхностей принадлежат оси,

• все диафрагмы круглые, центры всех диафрагм принадлежат оси,

• все среды либо однородны, либо распределение показателя преломления симметрично относительно оси.

ЦОС характеризуется рядом так называемых кардинальных точек и плоскостей, задание которых полностью описывает все свойства ЦОС и позволяет пользоваться ими, не рассматривая реального хода лучей в системе.

Простейшей оптической системой является линза, которая состоит из двух преломляющих поверхностей, разделенных оптически однородным промежутком.

КАРДИНАЛЬНЫЕ ТОЧКИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ- точки на оси ОО' (рис.) центрированной оптич. <системы, позволяющие строить изображение произвольной точки пространства объектов в параксиальной области (вблизи оптич. оси).

Существует четыре кардинальных точки: задний фокус (бесконечно удалённая точка на оптической оси в пространстве объектов), передний фокус (бесконечно удалённая точка пространства изображений, которая изображена в пространстве объектов) и две так называемые «главные точки» (также передняя и задняя), в которых с оптической осью пересекаются плоскости, взаимно изображаемые оптической системой в натуральную величину. Расстояние от передней главной точки до переднего фокуса называется перед ним фокусным расстоянием, от задней главной точки до заднего фокуса — задним.