1.Электромагнитная природа света. Оптический диапазон. Корпускулярно-волновой дуализм.

Под светом в настоящее время понимают электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.

Длина волн воспринимаемого электромагнитного излучения лежит в интервале от 0,38 до 0,76 мкм.

Электромагнитные волны поперечны.

На основании своих теоретических исследований Максвелл сделал вывод: свет имеет электромагнитную природу.

Электромагнитная природа света была подтверждена в опытах Герца, показавшего, что электромагнитные волны, подобно свету на границе раздела двух сред, испытывают отражение и преломление.

Оптический диапазон.

Диапазон 207 ТГц (0,857 эВ) —— 790 ТГц (3,27 эВ)

Электромагнитные волны — видимый свет и ближнее инфракрасное излучение. Источники: тепловое излучение (в том числе Солнца), флюоресценция, химические реакции, светодиоды. Излучение оптического диапазона свободно проходит сквозь атмосферу, может быть легко отражено и преломлено в оптических системах.

Корпускулярно-волновой дуализм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций.

В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте и в эффекте Комптона. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).

2. Основные понятия геом.оптики: луч, источник света, точечный источник света, оптическая система. Законы обратимости световых лучей и прямолинейности распространения света и независимости световых лучей. Угол падения, отражения, преломления.

Луч — линия, вдоль которой переносится световая энергия. Менее чётко, но более наглядно, можно назвать световым лучом пучок света малого поперечного размера. Источник света — любой объект, излучающий энергию в световом спектре. По своей природе подразделяются на искусственные и естественные. Оптическая система — совокупность оптических элементов (преломляющих, отражающих, дифракционных), созданная для определённого формирования пучков световых лучей, радиоволн, заряженных частиц.

Закон обратимости светового луча. Согласно нему луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении. Поскольку геометрическая оптика не учитывает волновой природы света, в ней действует постулат, согласно которому если в какой-то точке сходятся две (или большее количество)систем лучей, то освещённости, создаваемые ими, складываются. Однако наиболее последовательным является вывод законов геометрической оптики из волновой оптики в эйкональном приближении. В этом случае, основным уравнением геометрической оптики становится уравнение эйконала, которое допускает также словесную интерпретацию в виде принципа Ферма, из которого и выводятся перечисленные выше законы.

Закон прямолинейного распространения света: в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. Доказательством этого закона является образование тени и полутени.

Закон независимости световых лучей: эффект, производимый отдельным лучем, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные лучи или они устранены. Разбивая световой поток на отдельные световые лучи, можно показать, что действие выделенных световых лучей независимо.

Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч I (рис. 1) разделяется на два ≈ отраженный II и преломленный III, направления которых задаются законами отражения и преломления.

УГОЛ ПАДЕНИЯ - угол, под которым луч света падает на зеркало или другую поверхность. Угол измеряется между лучом и перпендикуляром - линией, расположенной под прямым углом к поверхности в точке падения.

Угол между направлением движения отражённой волны и нормалью к границе раздела сред называется углом отражения.

УГОЛ ПРЕЛОМЛЕНИЯ - угол, под которым происходит преломление луча света от поверхности раздела между двумя разными прозрачными средами. Угол измеряется между преломляемым лучом и перпендикуляром - линией, расположенной под прямым углом к поверхности, где луч преломляется.