Принцип Гюйгенса — Френеля — основной постулат волновой теории, описывающий и объясняющий механизм распространения волн, в частности, световых.

Пямолійніне поширення світла

Під світлом часто розуміють ті електромагнітні хвилі, довжина яких становить приблизно від 700 до 400 нм, тобто ті, які сприймаються оком людини. Сучасна оптика вивчає хвилі і меншої довжини - (ультрафіолетові), і більшої (інфрачервоні). Тіло, яке випромінює світло, називають джерелом світла. Джерела світла розрізняють за багатьма параметрами, наприклад, штучні і природні. Теплові джерела - ті, які світяться в результаті нагрівання, і нетеплові - вони світяться завдяки реакціям, у яких беруть участь, наприклад, (окиснення і т. д.). Джерела світла можуть бути точковими і масивними, випромінювати біле світло і монохроматичне (одного кольору). Детальне вивчення показує, що теплові джерела випромінюють світло різних довжин хвиль, яке називають некогерентним. Газові лазери випромінюють упорядковане, когерентне світло, частинки якого називають фотонами або квантами. Фотони утворюються окремими атомами чи молекулами і в результаті їх незалежності в нагрітому тілі потік фотонів виявляється невпорядкованим.

Швидкість світла — фізичний термін, який використовується в двох, пов'язаних між собою, але концептуально різних значеннях. Перш за все швидкість світла — фундаментальна фізична стала, швидкість розповсюдження електромагнітної взаємодії у вакуумі. Інше значення — швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль, включно із світлом, у певному середовищі.

Швидкість світла в середовищі

В середовищі швидкість світла, тобто швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль, змінюється через процеси поляризації атомів та молекул речовини. Відношення швидкості світла в середовищі й у вакуумі називають абсолютним показником заломлення n у цьому середовищі

c =299 792 458 м/с.

Досвід Фізо - досвід з визначення швидкості світла в рухомих середовищах (тілах), здійснений в 1851 Луї Фізо [1] [2]. Досвід демонструє ефект релятивістськогоскладання швидкостей. З ім'ям Фізо пов'язаний також перший експеримент з лабораторного визначення швидкості світла.

Если c — скорость света в вакууме, а n — показатель преломления, то скорость света в неподвижной среде равна c' = c / n. Если среда двигается относительно лабораторной системы отсчёта, со скоростью u, то скорость света будет равна:

Світлові одиниці, одиниці світлових величин: сили світла, освітленості, яскравості, світлового потоку і т. д. Одиниця сили світла називається кандела ( кд, раніше — свічка ) ; вона відтворюється по світловим еталонам і входить як основна одиниця в Міжнародну систему одиниць (СІ). Що належать до цієї системи С. е. приведені в таблиці. до ст. Світлові величини . Вживають також інші одиниці освітленості і яскравості: 1 фот= 10 ⁴ люксов; 1 люмен на кв. фут ( лм/фут ² або 1 фут-свічка)=10,764 люкса; 1 стільб= 10 ⁴ кд/м ² ; 1 ламберт= =(1/p)×10 ⁴ кд/м ² ; 1 фут-ламберт= 3,426 кд/м ² .

Світлови́й поті́к — кількісна характеристика випромінювання, яке випромінюється джерелом світла. Одиниця вимірювання СІ: люмен.

Світловий потік відрізняється від потоку електромагнітної енергії тим, що враховує різну чутливість людського ока до випромінювання на різних частотах, тобто до світла різного кольору.

С́и́ла сві́тла — відношення світлового потоку, до тілесного кута, в межах якого проходить цей потік. Одиниця вимірювання СІ: кандела (кд).

Сила світла джерела, що випромінює у всі напрямки, обчислюється за формулою:

,

де Ф - повний світловий потік джерела; π - число пі.

Освíтленість — освітлення поверхні, що створюється світловим потоком, який падає на поверхню. Одиницею вимірювання освітленості є люкс. На відміну від освітленості, вираз кількості світла, відображеного поверхнею, називається яскравістю.

Освітленість прямо пропорційна силі світла джерела світла. При віддаленні його від освітлюваної поверхні її освітленість зменшується обернено пропорційно до квадрата відстані.

Коли проміння світла падає похило до освітлюваної поверхні, освітленість збільшується пропорційно косинусу кута падіння проміння.

Освітленість  знаходять за формулою:

де

 — сила світла в канделах;

 — відстань до джерела світла;

 — кут падіння проміння світла.

закон повного відбивання світла: при переході світлового променя з оптично більш густого середовища в оптично менш густе на межі поділу цих середовищ може виникати повне відбивання променя за умови, що значення кута падіння перевищить деяке критичне значення, стале для даних двох середовищ.

Закони заломлення: 1) Відношення  стале для даних двох середовищ і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого (наприклад, води відносно повітря): .

Когерентність світла

Здатність світла утворювати нерухому інтерференційну картину. Когерентність світла пояснюють постійним у часі співвідношенням між фазами світлових хвиль, що створює можливість отримання інтерференції. Когерентні промені одержують від того самого джерела. Розрізняють повну і часткову когерентність світла. Повна когерентність настає тоді, коли контраст інтерференційної картини ідеальний, тобто мінімальна інтенсивність світла в області тіні дорівнює нулю; часткова — якщо контраст не ідеальний. Якщо контраст відсутній, то світло цілком некогерентне.

Інтерфере́нція (від лат. inter — взаємно, між собою; лат. ferio — вдаряю, вражаю) — явище накладання двох або більше когерентних світлових хвиль в результаті чого в одних місцях спостерігається підсилення результуючої хвилі (інтерференційний максимум), а в інших місцях послаблення (інтерференційний мінімум)

Досвід Юнга - експеримент, проведений Томасом Юнгом і став експериментальним доказом хвильової теорії світла. Результати експерименту були опубліковані в 1803 році. У досвіді пучок світла спрямовується на непрозорий екран-ширму з двома паралельними прорізами, позаду якого встановлюється проекційний екран. Цей досвід демонструє інтерференцію світла, що є доказом хвильової теорії.Особливість прорізів у тому, що їх ширина приблизно дорівнює довжині хвилі випромінюваного світла. Нижче розглядається вплив ширини прорізів на інтерференцію. Якщо виходити з того, що світло складається з частинок (корпускулярна теорія світла), то на проекційному екрані можна було б побачити тільки дві паралельні смуги світла, що пройшли через прорізи ширми. Між ними проекційний екран залишався б практично неосвітленим. З іншого боку, якщо припустити, що світло являє собою поширюються хвилі (хвильова теорія світла), то, згідно з принципом Гюйгенса, кожна проріз є джерелом вторинних хвиль. Якщо вторинні хвилі досягнуть лінії в середині проекційного екрану, що знаходиться на рівному віддаленні від прорізів, синхронно і в одній фазі, то на серединній лінії екрану їх амплітуди додадуться, що створить максимум яскравості. Тобто, максимум яскравості виявиться там, де згідно нової теорії, яскравість повинна бути практично нульовий. Корпускулярна теорія світла є невірною, коли прорізи досить тонкі, створюючи тим самим інтерференцію. На певному віддаленні від центральної лінії, навпаки, хвилі опиняться в протифазі - їх амплітуди компенсуються, що створить мінімум яскравості (темна смуга). У міру подальшого віддалення від середньої лінії яскравість періодично змінюється, зростаючи до максимуму і знову убуваючи. На проекційному екрані виходить цілий ряд чергуються інтерференційних смуг, що й було продемонстровано Томасом Юнгом.

Лінза Френеля - складна складова лінза. Складається не з цільного шліфованогошматка скла зі сферичною або іншими поверхнями (як звичайні лінзи), а з окремихпримикають один до одного концентричних кілець невеликої товщини, які в перетині мають форму призм спеціального профілю. Запропоновано Огюстеном Френелем. Ця конструкція забезпечує малу товщину (а отже, і вага) лінзі Френеля навіть привеликому куті охоплення. Перетини кілець у лінзи будуються таким чином, щосферична аберація лінзи Френеля невелика, промені від точкового джерела,розміщеного у фокусі лінзи, після заломлення в кільцях виходять практичнопаралельним пучком (у кільцевих лінзах Френеля). Лінзи Френеля бувають кільцевими і поясними. Кільцеві направляють світловий потікв якому-небудь одному напрямку. Поясні лінзи посилають світло від джерела по всіхнапрямках в певній площині.

Інтерферометр Жамена, поряд з інтерферометром Релея, є одним з найбільшчутливих до різниці фазових набігів хвиль інтерференційних пристроїв, що дозволяєвикористовувати його для точного визначення показників заломлення газів при тиску, близькому до атмосферного (при цьому тиску відповідний показник заломленнявідрізняється від одиниці в четвертому -п'ятому знаку після коми).

Інтерферометр Майкельсона — оптичний прилад, винайдений Альбертом Майкельсоном та призначений для отримання і аналізу інтерференційної картини від когерентних світлових променів, що пройшли різний шлях.

Будова

Центральним елементом інтерферометра Майкельсона є напівпрозора пластинка, призначена для того, щоб розділити світловий промінь на двакогерентні промені, а потім знову об'єднати їх, забезпечуючи інтерференцію. Світловий промінь від джерела світла падає на пластинку під кутом 45^o. Світло частково відбивається від пластинки, а частково проходить її. На певній віддалі від пластинки під прямим кутом до променів встановленідзеркала. Відбившись від дзеркал, промені знову повертаються до пластинки, частково відбиваючись, а частково проходячи її. Проміжки між напівпрозорою пластинкою та дзеркалом називаються плечами інтерферометра. Екран, на якому формується інтерференційна картина, або детектороптичного випромінювання встановлений навпроти одного із дзеркал, так, що джерело світла, два дзеркала і детектор утворюють хрест.

Світловий промінь розділяється на два. Один із променів відбивається від напівпрозорої пластинки і проходить до дзеркала (вгору на схемі). Відбившись від дзеркала, промінь повертається і проходить через напівпрозору пластинку до детектора. Інший промінь проходить до через напівпрозору пластинку до іншого дзеркала, відбивається від нього, повертається до пластинки і відбивається в напрямку детектора. Інтерференційна картина залежить від різниці оптичного шляху двох променів.