Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛЕКЦИИ Ельникова / 04_Лекция 2013-2014 уч.г..ppt
Скачиваний:
103
Добавлен:
13.05.2015
Размер:
6.14 Mб
Скачать

Оптика

Лекция 4 (25.09.13)

Оптическое излучение - электромагнитные волны, с поперечными направлением колебаниями векторов напряженности электрического и магнитного полей относительно направления распространения волн

Оптика - часть общего учения об электромагнитном поле.

Излучение светящегося тела (газа) слагается из волн, испускаемых атомами. Атомов много и световая волна представляет волны от многих атомов.

Оптика изучает:

Оптика :

световые явления;

геометрическая (лучевая);

волновая (физическая);

взаимодействие света с веществом.

квантовую (корпускулярная).

 

1

Оптический диапазон длин волн

Кривая видности - кривая относительной спектральной чувствительности глаза

Глаз наиболее чувствителен к свету с= 555 нм (зеленая часть спектра).

На этой длине волны V =1

Зрительно при одинаковом потоке энергии интенсивность света других длин волн оказывается меньше.

Вне интервала видимых длин волн

V =0

2

Оптика геометрическая

Длины оптических волн малы и в пределе ( 0) их распространение можно представить в виде лучей

В этом случае законы оптики формулируются на языке геометрии, поэтому геометрическая.

Световой луч — линия, вдоль которой переносится световая энергия. В однородной среде лучи света представляют собой прямые линии.

Законы геометрической оптики

Закон прямолинейного распространения света

свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно

3

Закон независимости световых пучков - эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.

Закон отражения света- угол отражения света равен его углу падения

4

Закон преломления света – при преломлении света на границе раздела

двух изотропных сред отношение sin-угла падения к sin-угла преломления величина постоянная для данных сред:

sin i1

n21

n21

относительный показатель преломления второй

sin i2

 

 

среды относительно первой.

Он равен отношению абсолютных показателей

двух сред:

 

n n 2

21

n1

 

Абсолютный показатель преломления среды - отношение скорости электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости в среде:

или

-электрическая, -магнитная проницаемость среды.

5

Полное внутреннее отражение

При прохождении света из оптически более плотной среды в

sin i1

 

n2

1

менее плотную , т.е. n >n

2

(стекло - воздух),

 

1

 

sin i2

 

n1

 

угол преломления i2, больше угла падения i1:

 

 

 

 

 

 

Если i2 2, то i1 предельный угол iпр

При углах падения i1 > iпр весь падающий свет полностью отражается и не переходит во вторую среду

Определяется предельный угол:

Явление называется полным

внутренним отражением света

6

Оптическая длина пути

В однородных средах свет распространяется прямолинейно.

В неоднородных - при переходе света из одной части среды в другую лучи преломляются.

Для описания хода лучей в средах вводится понятие

Оптическая длина пути L луча:

L nl

l геометрическая длина пути

Для неоднородной среды оптическая длина пути:

L n dl

Рефракция света – искривление световых лучей, вследствие преломления в оптически неоднородной среде.

Световой луч искривляется так, что его траектория всегда обращена выпуклостью в

 

сторону уменьшения показателя преломления.

7

 

Принцип Ферма

Свет распространяется по такому пути, для прохождения которого требуется минимальное время.

Если пути света равны по всем возможным путям, то пути таутохромные

Если скорость света на участке пути ds равна , то время его проходжения:

dt ds

 

ds

 

nds

dL

c / n

c

 

 

 

c

Полное время прохождения светом пути 1-2 равно:

 

1

2 nds

L

L – оптическая длина пути

c

c

 

1

 

Из принципа Ферма следую все три основных закона геометрической оптики

8

 

Оптические элементы (линзы)

Линзы

-тела, ограниченное с двух сторон криволинейной

 

поверхностью, наиболее часто - сферической.

Бывают:

двояко и плоско – выпуклые (1,2); двояко и плоско- вогнутые (3, 4);

выпукло-вогнутые (5).

Радиус кривизны лиз: выпуклой поверхности R > 0; вогнутой R < О.

Линзы являются таутохромной системой

Собирающие и рассеивающие линзы.

Если показатель nлинзы nокружающей среды

то:

у собирающих линз середина толще

у рассеивающих тоньше, чем их края.

9

Линза называется тонкой, если ее толщина значительно меньше, чем радиусы кривизны, обеих поверхностей.

Главная оптическая ось -

прямая проходящая через центр кривизны поверхностей.

Оптический центр линзы (О) -

точка, лежащая на главной оптической оси, лучи проходят сквозь нее не преломляясь.

Побочные оптические оси - прямые, проходящие через оптический центр линзы и не совпадающие с главной оптической осью.

Фокус F - точка, лежащая на главной оптической оси, в которой пересекаются лучи, распространяющиеся параллельно главной оптической оси.

10