Модуль 6. Геометрична та хвильова оптика.

Лекція Хвильові процеси 2 год.

План: 1.Електромагнітні хвилі та їх властивості.

2.Закони геометричної оптики.

1. Електромагнітні хвилі та їх властивості.

Електромагнітна хвиля це процес розповсюдження електромагнітної взаємодії в просторі.

Електромагнітні хвилі описуються загальними для електромагнітних явищ рівняннями Максвелла.

У вакуумі електромагнітна хвиля розповсюджується із швидкістю, яка називається швидкістю світла. Швидкість світла є фундаментальною фізичною константою, яка позначається латинською літерою c. Згідно із основним постулатом теорії відносності швидкість світла є максимально можливою швидкістю передачі інформації чи руху тіла. Ця швидкість складає 299 792 458 м/с.( 1667р. датський астроном Ремер розрахував швидкість світла).

Електромагнітна хвиля характеризується частотою. Розрізняють лінійну частоту ν й циклічну частоту ω = 2πν. В залежності від частоти електромагнітні хвилі належать до одного із спектральних діапазонів.

Іншою характетистикою електромагнітної хвилі є хвильовий вектор . Хвильовий вектор визначає напрямок розповсюдження електромагнітної хвилі, а також її довжину. Абсолютне значення хвильoвого вектора називають хвильовим числом.

Довжина хвилі — характеристика плоскої періодичної хвилі, що позначає найменшу відстань між точками простору, в яких хвиля має одинакову фазу.

Д овжина хвилі зазвичай позначається грецькою літерою  Із довжиною хвилі однозначно зв'язана така характеристика, як хвильове число k

Довжина хвилі залежить від частоти. Ця залежність називається законом дисперсії. Часто залежність між частотою і довжиною хвилі обернено-пропорційна. У таких випадках швидкість розповсюдження хвилі фіксована й не залежить від частоти. Наприклад, для електромагнітної хвилі у вакуумі

,

де ν — лінійна частота, а c — швидкість світла.

При переході хвилі з одного середовища в інше довжина хвилі змінюється, на відміну від частоти, яка залишається сталою. Електромагнітні хвилі в середовищі зазвичай характеризуються приведеною довжиною хвилі, тобто довжиною, яку хвиля мала б у вакуумі.

Основоположниками хвильової природи світла були Гюйгенс, Френель. Після відкриття Майкельсоном швидкості електромагнітної хвилі та дослідів по інтерференції та дифракції було зроблено висновок, що світло – це електромагнітна хвиля то для виконуються закони відбиття та заломлення, явища інтерференції та дифракції.

2. Закони геометричної оптики.

Геометри́чна о́птика — розділ оптики, в якому вивчаються закони поширення світлових променів.

З акони геометричної оптики – це закони, які встановлюють правила геометричного розповсюдження світлових променів в середовищі.

Закон відбиття Падаючий промінь електромагнітної хвилі, відбитий промінь і перпендикуляр в точку падіння лежать в одній площині, кут падіння дорівнює куту відбиття. Промінь електромагнітної хвилі – це направлений відрізок вздовж якого розповсюджуються електромагнітні хвилі.

З акон заломлення Падаючий промінь, заломлений промінь електромагнітної хвилі і перпендикуляр в точці падіння лежать в одній площині.

,

– абсолютні показники заломлення середовища, які показують у скільки разів швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль в середовищі зменшується відносно вакууму.

; .

Лекція Хвильова оптика

План: 1. Інтерференція.

2. Дифракція.

3. Дисперсія

1. Інтерференція. Інтерфере́нція — накладання хвиль, при якому в різних точках спостерігається посилення (конструктивна інтерференція) або послаблення амплітуди коливань. Результат накладання хвиль називається інтерференційною картиною.

Інтерференція спостерігається у когерентних хвиль. Когерентні хвилі це хвилі, що розповсюджуються в просторі з однаковою частотою і постійною різницею фаз.

При інтерференції результуюче коливання є геометричною сумою коливань обох хвиль у відповідних точках. Найпростішим випадком інтерференції є накладання двох гармонічних хвиль з однаковою частотою і поляризацією.

Явище інтерференції використовується, наприклад, в радіотехніці і акустиці для створення складних антен. Особливо велике значення інтерференція має в оптиці, вона лежить в основі оптичної та акустичної голографії

.