Оптику зазвичай ділять на три частини. Двома з них є хвильова і квантова оптика. Це поділ грунтується на дуалістичної природу світла, який має властивості як хвиль, так і часток. Третя частина називається геометричною оптикою, в якій нехтують хвильовими властивостями світла і вважають, що він поширюється вздовж прямих ліній у вигляді променів.
Луч - це напрям, уздовж якого поширюється світлова енергія. Світлові промені зображуються на діаграмах прямими лініями.
Закони геометричної оптики
Закон відображення. Світлові промені відбиваються від дзеркал, сільнополірованних металів тощо (Мал. 1). Закон відображення вказує, що падаючий промінь, відбитий промінь і нормаль до дзеркала, опущена в точку падіння променя, лежать в одній площині; кут падіння дорівнює куту відбиття.
Рис. 1. Закон відображення
Закон заломлення. Коли світлові промені переходять з одного середовища в іншу (наприклад, з повітря в скло), частина світлової енергії відбивається від площини, що знаходиться у відповідності з законом відбиття. Інша частина світла проходить в інше середовище вздовж нового напряму (Мал. 2).
Рис. 2. Заломлення на поверхні площини
Через зміни напрямку говорять, що світло переломлюється. Закон заломлення вказує, що промінь падаючий, заломлений промінь і нормаль до точки падіння променя лежать в одній площині; для двох даних середовищ (1 і 2) ставлення кута падіння до кута заломлення - є величина постійна: sin i / sin r=const, де i - кут падіння і r - кут заломлення. Ця постійна величина відома як відносний показник заломлення для двох даних середовищ n21. Світло переломлюється, оскільки в різних середовищах він розповсюджується з різними швидкостями. Величину відносного показника заломлення n21 визначають також за формулою: n21=v2/v1, де v1 і v2 - швидкості світла в середовищах 1 і 2.
Абсолютний показник заломлення середовища - відношення швидкостей світла у вакуумі C і даної середовищі v: n=C / v.
Середовище, що має більшу величину абсолютного показника заломлення в порівнянні з іншою, називають оптично більш щільною.
Повне внутрішнє віддзеркалення. Граничний кут.
Повне внутрішнє віддзеркалення відбувається у разі переходу світла з оптично більш щільного середовища в оптичні менш щільне середовище, тобто при n1> n2 (наприклад, зі скла в повітря).
Якщо промінь AO падає на межу скло-повітря під невеликим кутом, частина світла відбивається уздовж ОE, тоді як інша частина - переломлюється вздовж OL (Мал. 3). Причому кут заломлення в цьому випадку більше кута падіння. При збільшенні кута падіння відбувається одночасне наростання і кута заломлення. При деякому значенні кута падіння на заломлене промінь OL почне ковзати вздовж кордону скло-повітря, при цьому кутом заломлення становить 900. Такий кут падіння називається граничним кутом. Якщо кут падіння стає трохи більше критичного, заломлений повертається в середу, звідки на межу розділу...
