Geometriai optika
17. GEOMETRIAI OPTIKA
Ez a fény terjedésének közelítő megfontolása, azzal a feltételezéssel, hogy a fény bizonyos vonalak mentén terjed - sugarak (sugároptika). Ebben a közelítésben a fény hullámhossza véges, feltételezve, hogy λ → 0.
A geometriai optika sok esetben az optikai rendszert meglehetősen jól kiszámítja. De számos esetben az optikai rendszerek tényleges számításának figyelembe kell vennie a fény hullám jellegét, a geometriai optika keretén belüli számítás pedig közelítő eredményt ad, ami néha minőségi szinten is helytelen.
17.1. A geometriai optika törvényei
17.1.1. Az egyenes vonalú fény propagálásának törvénye
A fény egyenes vonalú elterjedésének törvénye azt állítja, hogy homogén közegben a fény egyenletesen propagál.
Ha a tápközeg inhomogén, azaz. annak törésmutatója ponttól pontig változik, vagy a fény nem lesz egyenesen.
Éles homogenitások, mint például az átlátszatlan képernyőkön lévő lyukak, ezeknek a képernyőknek a határai, a fény egyenlőtlen terjedésétől való eltérés.
17.1.2. A fénysugarak függetlenségének törvénye
állítja, hogy a sugarak nem zavarják egymást a kereszteződésben. Magas intenzitásúaknál ez a törvény nem figyelhető meg, fényszóródás van a fényben.
17.1.3. Reflexiós és visszaverődési törvények
azzal érvelnek, hogy a fénysugár visszaverődése és fénytörése a két médium közötti interfészen történik. A tükröződő és a refraktt sugarak ugyanabban a síkban helyezkednek el, mint az incidens sugara és merőlegesek, az incidens pontján az interfészre visszaállítva.
Az incidencia szöge megegyezik a visszaverődés szögével.
Az incidencia szögének szinuszának aránya a refrakciós szög szinuszjához megegyezik a második közeg törésmutatójának (16.5.2.) És az első törésmutatójához viszonyított arányával.
A reflexió és a refrakció törvényei megsérthetők anizotróp közegben, azaz média, amelyre a törésmutató a tér irányától függ.
17.2. Teljes belső reflexió
Ahogy az incidencia szöge növekszik. A refrakció szöge is növekszik, míg a visszavert sugár intenzitása (16.5.4) nő, és a refraktt sugár esik (összegük egyenlő az incidens sugarának intenzitásával). Néhány érték esetén i = ikr, a szög r = π / 2. A fénytörés intenzitása nulla, az egész fény tükröződik. Az i> iqr szög további növelésével nem lesz fénytörés, a fény teljes reflexiója.
Megtaláltuk a teljes reflexió kezdeti kritikus szögének értékét, megadtuk a törés törvényt r = π / 2. akkor Sin r = 1. majd:
17.3. Vékony lencsék
A lencse két, leggyakrabban gömbölyű, fénytörő felület, amely átlátszó testet kötött. Általában a lencsék üveggel készülnek.
17.3.1. A lencsék összegyűjtése és diffúzálása
A lencsék összegyűjtik és szétszórják.
Az "F" betű a lencse fókuszát jelzi - azok a pontok, amelyeken a lencse (vagy folytatásai) áthaladó gerendák párhuzamosak az optikai tengellyel.
17.3.3. Vékony lencse fókusztávolsága
Az F betű a lencse fókusztávolságát is jelenti - a távolság a fókusztól a lencse optikai középpontjáig terjed.
A fénytörés törvényén alapuló gömb alakú vékony lencsékhez a következő gyújtótávolság-képletet kapjuk:
Ez a képlet csak axiális (paraxiális) sugarakra érvényes.
R1. R2 - a lencse gömbfelületének görbületi sugara pozitív és negatív lehet. A lencse domború felületének görbületi sugara pozitív, konkáv - negatívnak tekinthető.
Az R1-es és R2-es jelzést az F-ben megadott képletben a következő ábrák szemléltetik. [Meg kell jegyezni, hogy van egy másik, formálisabb jelzési szabály. ]):
A gyűjtőlencséhez az F gyújtótávolság pozitív, a szétszórt objektív esetében negatív. A lencse optikai erejét az objektív gyújtótávolságának inverznek nevezzük:
Az optikai teljesítmény egysége dioptria (dtpp).
17.3.4. Lencse képalkotása
Egy objektum képének felépítéséhez minden pontjának képét össze kell állítani.
Egy pont képének felépítéséhez elegendő egy adott pontból érkező két sugarat metszéspontot találni.
A legalkalmasabb az ilyen sugárzás egyikének használata az optikai központon áthaladó sugár, a lencse átkerülése nélkül:
Egy másik kényelmes gerenda az az optikai tengellyel párhuzamos. A lencse megtörik, átmegy a fókuszon, ha a lencse összegyűlik:
Ha a lencse szétszóródik, akkor a fókuszon keresztül halad a sugár folytatása:
És ha a sugár átmegy a gyűjtőlencse középpontjában, akkor a törés után az optikai tengellyel párhuzamos lesz:
Az optikai tengellyel párhuzamos szóróképernyőhöz egy fénytörés következik be, amelynek folytatása a fókuszon áthalad: