1. С точки зрения волновой оптики световая волна – это электромагнитная волна.

Электромагнитная волна – колебания напряженности электрического и магнитного полей, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью.

2. Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров. (Свет между двумя точками в однородной прозрачной среде распространяется по прямой линии, соединяющей эти точки)

Закон независимого распространения лучей — закон, 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. (Отдельные световые пучки, встречаясь и пересекаясь друг c другом, не оказывают взаимного влияния. Распространение в среде каждого пучка не зависит от присутствия других пучков)

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n₂ < n₁ (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол α_пр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения.

Явление полного внутреннего отражения находит применение во многих оптических устройствах. Наиболее интересным и практически важным применением является создание волоконных световодов (оптоволокно).

3. Центрированная оптическая система образована сферическими отражающими и преломляющими поверхностями, центры которых лежат на одной прямой, называемой оптической осью системы.

Кардинальные элементы: – это передний и задний фокусы, передние и задние главные и узловые точки, передние и задние фокальные, главные и узловые плоскости. Иногда к числу кардинальных элементов относят переднее и заднее фокусные расстояния.

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой.

5. Коэффициент отражения R и коэффициент пропускания Т. R представляет собой долю отражённой энергии и равен отношению интенсивности отражённой волны к интенсивности падающей волны: R=I’/I . Т представляет собой отношение преломлённой волны к интенсивности падающей: T=I’’/I .

Принцип Ферма можно сформулировать следующим образом:

В однородной прозрачной среде свет от одной точки к другой распространяется по такому пути, для прохождения которого ему требуется минимальное время: лучи света распространяются по пути, приводящему к цели в кратчайшее время.

В однородной среде свет распространяется по такому пути, оптическая длина которого L = nS минимальна. Точнее, оптическая длина пути должна быть экстремальна, т. е. либо минимальна (рис. 2.15а,б), либо максимальна (рис. 2.15г), либо стационарна – т.е. одинакова для всех возможных путей (рис. 2.15в).

7. Фотометрия — раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников. В фотометрии используются энергетические и световые величины.

Энергетические величины.

Поток излучения Ф_е — величина, равная отношению энергии W излучения ко времени t, за которое излучение произошло:

Единица потока излучения — ватт (Вт).

Энергетическая светимость (излучательность) R_e — величина, равная отношению потока излучения Ф_e, испускаемого поверхностью, к площади Sсечения, сквозь которое этот поток проходит:

т. е. представляет собой поверхностную плотность потока излучения.

Единица энергетической светимости — ватт на метр в квадрате (Вт/м²).

Энергетическая сила света (сила излучения) I_e определяется с помощью понятия о точечном источнике света — источнике, размерами которого по сравнению с рассто­янием до места наблюдения можно пренебречь. Энергетическая сила света I_e — величина, равная отношению потока излучения Ф_eисточника к телесному углу , в пределах которого это излучение распространяется:

Единица энергетической силы света — ватт на стерадиан (Вт/ср).

Энергетическая яркость (лучистость) B_e — величина, равная отношению энергетической силы света I_e, элемента излучающей поверхности к площади S проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения:

Единица энергетической яркости — ватт на стерадиан-метр в квадрате (Вт/(ср  м²)).

Энергетическая освещенность (облученность) Е_е характеризует величину потока из­лучения, падающего на единицу освещаемой поверхности. Единица энергетической освещенности совпадает с единицей энергетической светимости (Вт/м²).

Световые величины.

Световой поток Ф определяется как мощность оптического излучения по вызыва­емому им световому ощущению (по его действию на селективный приемник света с заданной спектральной чувствительностью).

Единица светового потока — люмен (лм): 1 лм — световой поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд внутри телесного угла в 1 ср (при равномерности поля излучения внутри телесного угла) (1 лм = 1 кд  ср).

Светимость R определяется соотношением

Единица светимости — люмен на метр в квадрате (лм/м²).

Яркость В_ светящейся поверхности в некотором направлении  есть величина, равная отношению силы света I в этом направлении к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

Единица яркости — кандела на метр в квадрате (кд/м²).

Освещенность Е — величина, равная отношению светового потока Ф, падающего на поверхность, к площади S этой поверхности:

Единила освещенности — люкс (лк): 1 лк — освещенность поверхности, на 1 м² которой падает световой поток в 1 лм (1 лк= 1 лм/м²).

Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.

В явлениях интерференции нарушается закон независимости световых пучков, справедливый в рамках геометрической оптики, который гласит, что световые пучки, встречаясь и пересекаясь, не воздействуют друг на друга.

Способы получения интерференции света:

11. При суперпозиции двух плоских когерентных световых волн образуются интерференционные одинаковые по ширине светлые и темные полосы. При суперпозиции же большого числа волн распределение интенсивности в интерференционной картине существенно меняется: образуются узкие максимумы, т.е. резкие светлые полосы, разделенные широкими темными промежутками. Большое число когерентных световых волн можно получить, например, при прохождении плоской волны через экран с множеством одинаковых регулярно расположенных отверстий (дифракционная решетка), при многократных отражениях света от двух параллельных поверхностей (интерферометр Фабри — Перо).

12. –

Интерференция в тонких плёнках – явление, которое возникает в результате разделения луча света при отражении от верхней и нижней границ тонкой плёнки. В результате возникают две световые волны, которые могут интерферировать. Тонкоплёночная интерференция объясняет цветовую палитру, видимую в свете, отраженном от мыльных пузырей и масляных плёнок на воде.

Интерференционные полосы, возникающие в результате наложения лучей, падающих на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами, называют полосами равного наклона.

Полосы равной толщины - интерференционные. полосы, наблюдаемые при освещении тонких оптически прозрачных слоев (плёнок) переменной толщины пучком параллельных лучей и обрисовывающие линии равной оптической толщины. П. р. т. возникают, когда интерференционная картина локализована на самой плёнке.

13. Это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопия).

Явление интерференции применяется также для улучшения качества оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий.

Отражения от поверхностей линз приводят к возникновению бликов, что часто (например, в военной технике) демаскирует положение прибора.

Для устранения указанных недостатков осуществляют так называемое просветле­ние оптики. Для этого на свободные поверхности линз наносят тонкие пленки с показателем преломления, меньшим, чем у материала линзы.

Интерференционные фильтры для инфракрасного диапазона, применяемые в осветительных приборах, называют теплофильтрами. В цифровых фотоаппаратах также применяется задерживающий инфракрасную часть спектра интерференционный фильтр, помещаемый перед матрицей.

Интерферометры применяются как при точных измерениях длин, в частности в станко- и машиностроении, так и для оценки качества оптических поверхностей и проверки оптических систем в целом.

14. –

Дифра́кция Френе́ля — дифракционная картина, которая наблюдается на небольшом расстоянии от препятствия, по условиям, когда основной вклад в интерференционную картину дают границы экрана.

15. Дифра́кция Френе́ля — дифракционная картина, которая наблюдается на небольшом расстоянии от препятствия, по условиям, когда основной вклад в интерференционную картину дают границы экрана.

Для нахождения результата интерференции вторичных волн Френель предложил метод разбиения волнового фронта на зоны, называемые зонами Френеля. 

17. Дифракционной решеткой называется совокупность большого числа одинаковых дифракционных элементов (например, щель b + темный промежуток a). Расстояние d между аналогичными точками (например, правый край темного промежутка) двух соседних дифракционных элементов называется постоянной, или периодом решетки.

Зонная пластинка — плоскопараллельная стеклянная пластинка с выгравированными концентрическими окружностями, радиус которых совпадает с радиусами зон Френеля. Зонная пластинка «выключает» чётные либо нечётные зоны Френеля, чем исключает взаимную интерференцию (погашение) от соседних зон, что приводит к увеличению освещённости точки наблюдения. Таким образом, зонная пластинка действует как собирающая линза.

19. Дифракция от прямолинейного края полуплоскости:

Спираль Корню:

21. –

Разрешающая способность объектива прямо пропорциональна диаметру объектива и обратно пропорциональна длине световой волны. Увеличение с помощью окуляра изображения, получаемого в объективе, не изменяет разрешающей способности прибора.

22. Голографией называется метод записи и последующего восстановления изображения предмета, основанный на явлениях интерференции и дифракции когерентных волн.

Картина интерференции предметной и опорной волн, записанная на фотопластинку, называется голограммой.

На голограмме оказывается записанной вся информация о предметной волне – и амплитуда, и фаза поля. Для восстановления предметной волны достаточно осветить голограмму той же опорной волной.

23. Тепловым излучением тел называется электромагнитное излучение, возникающее за счет той части внутренней энергии тела, которая связана с тепловым движением его частиц.

Энергетическая светимость R(T) - количество энергии, излучаемой в единицу времени с единицы поверхности тела, во всем интервале длин волн. Зависит от температуры, природы и состояния поверхности излучающего тела. В системе СИ R(T) имеет размерность Вт/м².

Абсолютно черным телом называется тело, которое поглощает все падающее на него излучение независимо от направления падающего излучения, его спектрального состава и поляризации (ничего не отражая и не пропуская).