2) Законы геометрической оптики. Полное внутреннее отражение. Правила построения изображения в сферическом зеркале и тонкой линзе.

Четыре основных закона геометрической оптики:

закон прямолинейного распространения света в оптически однородной среде;

закон независимости световых пучков(суперпозиция);

закон отражения;

закон преломления.

При падении пучка света на границу раздела двух сред происходит его разделение на два пучка – отраженный и преломленный.

Закон отражения – отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения, и угол отражения α' равен углу падения α.

Закон преломления – луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскости, а угол преломления зависит от угла падения в соответствии с соотношением (закон Снеллиуса)

где n21 – относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой.

Относительный показатель преломления представляет собой отношение абсолютных показателей преломления сред по обе стороны границы раздела

Абсолютным показателем предомления среды называется величина n, равная отношению скорости электромагнитных волн с в вакууме к их фазовой v скорости в среде

Полное внутреннее отражение происходит только при падении света из оптически более плотной среды в среду оптически менее плотную.

Важное практическое применение законы отражения и преломления играют при прохождении света через призмы и линзы.

Линзами называются прозрачные тела, ограниченные двумя поверхностями, преломляющими световые лучи, способные формировать оптическое изображение объекта.

Прямая, проходящая через центры кривизны ограничивающих линзу поверхностей, называется главной оптической осью.

Точка линзы, через которую световые лучи проходят без преломления, называется оптическим центром линзы.

Соотношение, связывающее радиусы кривизны ограничивающих линзу поверхностей с расстояниями от линзы до предмета и его изображения, называется формулой тонкой линзы.

Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через фокус линзы, называется фокальной плоскостью.

Отношение линейных размеров изображения и объекта называется линейным увеличением линзы.

Собирающие линзы формируют действительное и мнимое изображение.

Действительное изображение объекта формируется на экране за линзой в том случае, когда расстояние от объекта до линзы больше фокусного расстояния

и 

Мнимое изображение объекта формируется перед линзой в том случае, когда расстояние от объекта до линзы меньше фокусного расстояния

и 

Рассеивающие линзы формируют мнимое изображение при следующих условиях

и 

Сферическое зеркало:

3.Интерфернция света. Когерентность света. Оценка длины и времени когерентности световой волны. Оптическая длина пути и оптическая разность хода световых лучей. Связь разности фаз колебаний с оптической разностью хода.

Интерференция света, сложение световых волн, при котором обычно наблюдается усиление или ослабление интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос.

Когерентность – согласованное протекание волновых и колебательных процессов.

Квазихроматичность – свет с маленьким диапазоном частот.

Область когерентности – в пределах которой фаза колебания меняется не больше чем на π.

где - время когерентности волны.

- длина когерентности.

- радиус когерентности

Δλ – ширина светового спектра

φ - угл. размеры источника света.

Чем данная волна ближе к монохроматической, тем меньше ширина спектра ее частот и тем больше ее время и длина когерентности.

Для видимого солнечного света

• спектр частот – от 4 10¹⁴ до 8 10¹⁴ Гц;

• ~ 10^-15 с; ~ 10^-6 м.

Для лазерного излучения

• ~ 10^-5 с; ~ 10³ м.

Оптическая длина пути - расстояние, на которое свет (Оптическое излучение) распространился бы в вакууме за время его прохождения от А до В. Поскольку скорость света в любой среде меньше его скорости в вакууме, О. д. п. всегда больше реально проходимого светом расстояния (или, в предельном случае вакуума, равна ему). В оптической системе, состоящей из р однородных сред, О. д. п. равна

lk — расстояние, пройденное светом в k-той среде, nk — показатель преломления этой среды.

Оптическая разность хода.

Вместо разности фаз δ интерферирующих волн удобно ввести в рассмотрение пропорциональную ей величину Δ — оптическую разность хода

Изменению разности фаз на соответствует изменение разности хода на .

В вакууме оптическая разность хода в отличие от разности фаз имеет наглядную интерпретацию. Если две интерферирующие волны испускаются одним источником света, то разность хода — это геометрическая разность длин путей, по которым два интерферирующих луча от одной точки источника достигли одной точки экрана.