1. Элементы геометрической оптики

Рассмотрим основные законы оптики:

1-ый закон (закон криволинейного распределения света)

Свет в оптической однородной среде распространяется прямолинейно.

2-ой закон (закон независимости)

Эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.

3-ий закон (закон отражения)

1. Падающий луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в границе раздела двух сред лежат в одной плоскости.

2. Угол падения равен углу отражения.

Угол падения – это расстояние между падающим и отраженным.

4-ый закон (закон преломления)

1. Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости.

2. Отношение равно отношению преломления второй среды относительно первой.

— относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

– абсолютные показатели преломления.

Абсолютный показатель преломления n, равен отношению скорости света в вакууме к их фазовой скорости в среде:

Так как скорость света связана с

, то

2. Полное внутреннее отражение

Как следует из закона Снелиуса если то угол

Если свет из более плотной среды распространяется в менее плотную то угол преломления β будет больше угла падения 𝛼. Угол при котором свет не преломляется называется предельным углом полного внутреннего отражения. В этом случае при углах падения больше 𝛼 предельного весь падающий свет будет полностью отражаться. По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного угла будет уменьшаться, а отраженного увеличиваться.

Интенсивность падающего и отраженного луча одинакова.

Предельный угол может быть определен из закона Снелиуса Это выражение выполняется при условии что свет отражается от границы более плотной среды к менее. Явление полного внутреннего отражения используется в световодах, которые представляют собой тонкие, чаще всего стеклянные нити изготовленные из практически прозрачного материала.

Свет попадая в такое волокно не преломляется, а плоскостно распространяется по волокну. Оптические линии связи.

3. Линзы и их характеристики

Линзы представляют собой прозрачные тела, ограниченные двумя поверхностями (одна из них обычно сферическая, иногда цилиндрическая, а вторая — сферическая или плоская). Две плоскости передающие свет.

Материалом для линз служат стекло, кварц, кристаллы, пластмассы и т. п.

По внешней форме линзы делятся на: 1) двояковыпуклые; 2) плосковыпуклые; 3) двояковогнутые; 4) плосковогнутые; 5) выпукло-вогнутые; 6) вогнуто-выпуклые. По оптическим свойствам линзы делятся на: 1)собирающие и 2) рассеивающие.

Главные элементы линзы:

Главная оптическая ось линзы – прямая проходящая через центры кривизны поверхностей линзы.

Фокус линзы – точка (F) лежащая на главной оптической оси, , в которой после преломления собираются все лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси.

Оптический центр линзы - точка, лежащая на главной оптической оси и обладающая тем свойством, что лучи проходят сквозь нее не преломляясь.

Плоскости, проходящие через фокусы линзы перпендикулярно ее главной оптической оси, называются фокальными плоскостями.

Любая прямая проходящая через оптический центр линзы и не совпадающая с главной оптической осью называется побочной оптической осью.

Лучи параллельные побочной оптической оси пересекаются в фокальной плоскости.

Линза называется тонкой, если ее толщина (расстояние между ограничивающими поверхностями) значительно меньше по сравнению с радиусами поверхностей, ограничивающих линзу.

Формула тонкой линзы. где a и b расстояние от линзы до предмета (a) и его изображения (b). F – фокусное расстояние линзы. Для рассеивающей линзы b и F надо брать отрицательными.

Из формулы тонкой линзы, если a= , то F=b, т.е. изображение будет находиться в фокусе линзы. Если b= , то лучи выходят из линзы параллельным пучком, в этом случае a=F. В отличае от собирающей линзы рассеивающая линза имеет мнимые фокусы. В мнимом фокусе сходятся не лучи, а их воображаемые продолжения.