Электронный учебник по курсу Основы оптики

4.2. Основные понятия геометрической оптики

4.2.1. Волновой фронт и лучи

Волновой фронт – это поверхность равной фазы или равного эйконала:

Основные свойства волновых фронтов:

• волновые фронты в рамках геометрической оптики не пересекаются между собой;
• через каждую точку пространства проходит волновой фронт, и причем только один.

Уравнение волнового фронта:

Луч – это прямая или кривая линия, вдоль которой распространяется энергия светового поля.

Луч - это нормаль к волновому фронту, направление луча совпадает с направлением распространения волнового фронта и определяется оптическим вектором в каждой точке пространства.

Если среда, в которой распространяется свет однородна , то направление луча остается постоянным: , и луч является прямой линией. В неоднородной среде лучи искривляются в сторону градиента показателя преломления .

4.2.2. Оптическая длина луча

Оптическая длина луча между точками и в однородной среде – это произведение геометрической длины пути луча на показатель преломления среды, в которой распространяется свет:

Если среда является неоднородной , то путь луча можно разбить на бесконечно малые отрезки , в пределах каждого из которых показатель преломления можно считать постоянным:

Если есть несколько однородных сред, разделенных границами, то оптическая длина луча вычисляется как сумма оптических длин луча в каждой среде:

4.2.3. Конгруэнция лучей.

Конгруэнция – это такая совокупность линий в пространстве, для которой выполняется условие, что через любую точку пространства можно провести только одну линию из этой системы.

Нормальная конгруэнция – это конгруэнция, все линии которой пересекаются некоторой поверхностью под прямым углом.

Пучок лучей – это множество лучей, которое представляет собой нормальную конгруэнцию.