Области применения
•Новые материалы
–Органическая (полимерная) фотоника
–Фотонные кристаллы и метаматериалы
Новая физика
Нано |
Новые необычные свойства |
Быстрее скорости света
Лекция 1: Лучевая оптика
«Фотоника» - производная слова фотон
Условия когда проявляются квантовые свойства
Eph = h = hc/ > kT
при ком. темп. 300 K
= 6 THz
Квантовая оптика
Электромагнитная
оптика
Скалярная волновая оптика
Лучевая оптика
Лучевая оптика (геометрическая оптика)
•Оперирует с понятием лучей, независимых друг от друга и подчиняющихся определенным законам распространения.
•Луч –абстрактное понятие , а геометрическая оптика предельный случай длина волны гораздо меньше размеров объектов)
–В изотропных средах (стекло, воздух) лучи эквивалентны направлению распространения света
•Применяется для расчета оптических систем формирования изображений (объективы, микроскопы, телескопы и т.п.
Постулаты геометрической оптики
•Свет распространяется в виде независимых лучей
•Показатель преломления определяет скорость распространения света
V= c/n
• Принцип Ферма (1660)
Пьер Ферма
Свет распространяется по пути, для прохождения которого требуется минимальное время
B |
|
B |
|
L n(r)dS |
|
Принцип минимальной оптической длины |
|
A |
dS |
||
A |
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
n(r)dS 0 |
|
|
|
A |
|
Лучи |
n= const |
|
|
• Однородная среда [n( r )= const] |
|
– Луч прямая |
A |
|
•Неоднородная среда
–В неоднородной среде луч изгибается в сторону увеличения показателя преломления
d |
dr |
n= f(r) |
|||
grad n r |
|||||
|
n r |
|
|
||
|
|
||||
dS |
dS |
|
|||
|
|
|
|
A |
|
B
B
|
Законы геометрической оптики |
||||||||
|
• |
Закон преломления (Закон Снелла XVII век) |
|
||||||
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
t AO OB |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
V |
V |
|
|
|
h1 |
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
O |
|
|
|
h12 x2 |
h22 p x 2 |
|
||
|
|
|
|
t |
min |
||||
n1 |
A’ |
|
B’ |
V |
|
V |
|||
|
|
O’ |
h |
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
x |
|
|
|
Sin 1 |
n2 |
|
|
n2 |
|
p |
B |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Sin 2 |
n1 |
Виллерброрд Снелл |
|
• |
Закон отражение (вывести самостоятельно) |
|
||||||
|
• |
Экстремум означает не только минимум |
|
|
|||||
|
|
– Пример: отражение от эллиптической поверхности |
|
||||||
Построение изображений
•Точка в точку - точечные изображения (стигматическое, волновая поверхность сфера)
•Точка – источник расходящихся лучей
Параболическое зеркало
– F –фокус
Фокус положительный
Сферическое зеркало
– Для параксиальных лучей (малый угол к оптической оси
R – отрицательный для вогнутой поверхности и Положительный для выпуклой tan
f R2
Построение изображений
Сферическое зеркало
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|||
z |
z |
2 |
|
f |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
M |
y2 |
|
|
z2 |
Увеличение |
||||||
|
Отрицательное для |
||||||||||
y1 |
z1 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
перевернутого изображения |
|||||