Принцип Гюйгенса-Френеля: Возмущение в любой точке является результатом интерференции вторичных волн, излучаемых каждым элементом некоторой волновой поверхности.

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Принцип Ферма (1660): В пространстве между двумя точками свет распространяется по тому пути, вдоль которого время его прохождения минимально (экстремально).

Величина L, равная произведению абсолютного показателя преломления n на пройденное расстояние l (L=nl), называется оптической длиной пути. Принцип Ферма: из одной точки в другую свет распространяется по линии с наименьшей оптической длиной пути.

Луч света – чисто геометрическое понятие. Природа света не обсуждается.

Из принципа Ферма следует:

- прямолинейность распространения света;

- закон отражения;

- закон преломления света;

- обратимость хода световых лучей.

Применение геометрической оптики:

- зеркала, линзы, оптические системы;

- призмы, спектрометры, радуга;

- волоконная оптика и др.

Интересные примеры: мираж, радуга.

Математический аппарат: геометрия, тригонометрия, алгебра, дифференциальное и интегральное исчисление.

Геометрическая оптика не объясняет: явления дифракции и интерференции, дисперсию, поляризацию света, фотоэффект, эффект Комптона, тепловое излучение, излучении Черенкова, излучение и поглощение света веществом, лазерный эффект и др.

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

Природа света: свет – это электромагнитные волны. Существование электромагнитных волн – прямое следствие теории Максвелла (уравнений Максвелла)[1].

Принцип Гюйгенса (1690): Каждая точка поверхности, которой достигла в данный момент волна, является точечным источником вторичных волн. Огибающая этих вторичных волн и даёт положение поверхности, которой достигнет волна через некоторое время.

Совокупность точек, до которых дошёл процесс распространения волны, называется волновой поверхностью или волновым фронтом.

Френель в 1816 году выдвинул положение об интерференции вторичных волн.

Принцип Гюйгенса-Френеля: Возмущение в любой точке является результатом интерференции вторичных волн, излучаемых каждым элементом некоторой волновой поверхности.

Принцип Гюйгенса-Френеля неочевиден, хотя прямо выводится из теории Максвелла, и очень важен, поэтому дадим более развёрнутую его формулировку.

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо источником, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить достаточно[2] малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник. Обычно выбирают одну из волновых поверхностей, потому что на ней все фиктивные источники будут излучать вторичные волны синфазно. Т.о., распространяемая волна является результатом интерференции всех когерентных вторичных волн. При этом Френель исключил возможность обратных вторичных волн.

Здесь важно понимать, что такое сложное представление распространения света от какого-либо источника делается не для того, чтобы ещё больше запутать картину, а именно для того, чтобы картина распространения света стала более понятна, чтобы появилась возможность анализировать картину распространения световой волны.

Из принципа Гюйгенса-Френеля следует:

- прямолинейность распространения света;

- закон отражения;

- закон преломления;

- интерференция света;

- дифракция света.

Применение волновой оптики:

- просветление оптики;

- дифракционные решётки, спектроскопия;

- получение интерференционных цветов;

- описание поглощения света веществом;

- голография и др.

Интересные примеры: голубой цвет дневного неба, красное Солнце на закате.

Математический аппарат: функции: cos, sin, показательная; алгебра, дифференциальное и интегральное исчисление, геометрия, тригонометрия, ряды (Фурье).

Волновая оптика не объясняет: фотоэффект, эффект Комптона, тепловое излучение, излучение Черенкова, механизм излучение и поглощение света веществом, механизм лазерного эффекта и др.