ВВЕДЕНИЕ

Оптика (от греческого optike — наука о зрительном воспри­ ятии) — раздел физики, в котором исследуются процессы излуче­ ния света, его распространение в различных средах и взаимодей­ ствие света с веществом.

Под светом, в широком смысле этого слова, или оптическим излучением, понимают электромагнитное колебание с длинами волн X от 1 нм до 1 мм (106 нм). Электромагнитное колебание с длинами волн менее 1 нм называют рентгеновским, свыше 1 мм

— радиоизлучением. Оптическое излучение принято подразделять на ультрафиолетовое (УФ) с X < 380 нм, видимое — 380 нм <Х < < 780 нм и инфракрасное (ИК) с X > 780 нм. Электромагнитные волны видимого диапазона, вызывающие зрительное ощущение, принято называть светом, в узком смысле этого слова, так как в понятие "свет", "световое излучение", включаются также и неви­ димые для глаза излучения (УФ и ИК).

Оптику разделяют на физическую, геометрическую, физиологи­ ческую.

Физиологическая оптика изучает процесс зрения.

Физическая оптика изучает природу и свойства света, характер распространения света в средах, взаимодействие его с веществом. Физическая оптика рассматривает оптическое излучение как про­ цесс распространения коротких электромагнитных волн и с точки зрения волновой природы света может объяснить такие явления, как: дифракция — отклонение лучей от прямолинейного распро­ странения света; интерференция — взаимодействие световых лу­ чей; поляризация, дисперсия и т. д.

Однако для объяснения действия оптических и оптико-элек­ тронных приборов при их разработке удобно пользоваться гео­ метрической (лучевой) оптикой, рассматривающей образование изображения с помощью световых лучей, которые в однородных и изотропных средах (см. определение на стр.8) распространяют­ ся независимо друг от друга, являются прямолинейными и пре­ ломляются (отражаются) на границах раздела сред с разными оп­ тическими свойствами. Природу светового излучения в геометри­ ческой оптике во внимание не принимают. Геометрическую оп­

тику можно рассматривать как предельный случай физической оптики, когда длина волны света стремится к нулю, т. е. X -» 0.

Чтобы в любой мо­

мент времени t найти положение волнового фронта относительно источника излучения (т.А), используют принцип Гюйгенса (рис.З), который формулируется так: каждую точку волнового фронта I светового колебания можно рассматривать как самостоятельный центр возникновения новых элементарных волн.

Геометрическая поверхность, огибающая эти элементарные вторичные волны, определяет фронт волны I в новый момент времени. Для изотропных сред волновой фронт £ будет сфериче­ ским, если источник расположен на конечном расстоянии s от оптической системы или наблюдателя (рис.4,а).

Если источник излучения (звезда, Солнце) расположен в бес­ конечности (st = —оо), то фронт волны — плоский (сферический с бесконечно большим радиусом кривизны).

Нормали к фронту волны определяют направление светового излучения и представляют собой геометрические лучи (рис. 4, а, б).

Показатель преломления среды

Оптические свойства среды характеризуются отношением ско­ рости света с в вакууме к скорости света и в данной среде. Отно­ шение п = с / и называют абсолютным показателем преломления среды (показателем преломления). При нормальном атмосферном давлении 760 мм рт.ст. и температуре 20°С показатель преломле­ ния воздуха п = 1,000 274, и он мало отличается от показателя преломления вакуума п = 1,0. Поэтому для всех длин волн при­ нимают я„озлуха = 1. Показатель преломления п характеризует оп­ тическую плотность прозрачных веществ. Чем больше п, тем оп­

Скорость и распространения света в среде с показателем пре­ ломления п связана с длиной волны X соотношением и = X • v, то­ гда п = с/о = с/(Х • v), т. е. показатель преломления обратно про­ порционален длине волны X света, и так как п = f(X), то лучи раз­ личных длин волн имеют разную преломляющую способность.

Зависимость показателя преломления п от длины волны X назы­ вают дисперсией света. Дисперсия считается нормальной, если пока­

затель преломления среды уменьшается с увеличением длины волны.

Действие многих оптических приборов можно рассматривать,