7 модулів: геометрична оптика, лінзи, ПВВ, хвильова оптика, дифракція, поляризація, лазери
Геометрична оптика розглядає світло як промені, нехтуючи хвильовою природою. Застосовна, якщо розміри перешкод >> λ.
Закон відбиття:
Закон Снелля (заломлення):
де n — показник заломлення (для вакууму n=1; скло ~1,5; вода ~1,33; алмаз ~2,42)
Формула тонкої лінзи:
f — фокусна відстань (+ збиральна, − розсіювальна); u — відстань до об'єкта; v — до зображення
Оптична сила:
Лінійне збільшення:
| Положення об'єкта | Положення зображення | M | Тип зображення |
|---|---|---|---|
| u → ∞ | v = f | ~0 | Дійсне, зменшене |
| u > 2f | f < v < 2f | |M|<1 | Дійсне, зменш., перевернуте |
| u = 2f | v = 2f | M=-1 | Дійсне, однакове |
| f < u < 2f | v > 2f | |M|>1 | Дійсне, збільш. |
| u < f | v < 0 (зліва) | M > 1 | Уявне, збільш., лупа |
Якщо промінь переходить із густішого (n₁) в рідше (n₂ < n₁) середовище, при куті ≥ критичного відбувається ПВВ.
Для скло→повітря: sin θ_c = 1/1,5 = 0,667 → θ_c ≈ 41,8°
ПВВ дозволяє передавати сигнал по оптичному волокну з мінімальними втратами. Також — алмазний блиск (θ_c ≈ 24,4°), призматичні бінокулі.
Хвильова оптика враховує фазові властивості світла. Інтерференція — суперпозиція хвиль від двох когерентних джерел.
Умова максимуму (Юнг):
Умова мінімуму:
Позиція максимуму на екрані (відстань D, щілини d):
Дифракція — огинання хвилями перешкод. Принцип Гюйгенса: кожна точка хвильового фронту — джерело вторинних хвиль.
Умова максимуму для дифр. гратки:
d = крок гратки (відстань між щілинами). Гратки застосовуються у спектрометрах: для λ=500нм, d=2мкм → sin θ₁=0,25 → θ₁≈14,5°
Кутова дисперсія гратки:
Одинарна щілина (мінімум):
Природне світло неполяризоване (Е-вектор коливається в усіх напрямках). Поляризатор пропускає лише одну площину.
Закон Малюса:
φ — кут між площиною поляризованого світла та поляризатором. При φ=90° → I=0.
Кут Брюстера (повна поляризація при відбитті):
При падінні під θ_B відбитий промінь — повністю поляризований перпендикулярно до площини падіння. Для скла: θ_B = arctan(1,5) ≈ 56,3°
LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Принцип: вимушене випромінювання Ейнштейна (1917).
| Вид випромінювання | Опис |
|---|---|
| Спонтанне | Атом сам переходить на нижній рівень → фотон у довільний час та напрямок |
| Вимушене | Фотон з E=ΔE спровокує перехід → два ідентичні фотони (когерентні, синфазні) |
| Поглинання | Фотон поглинається атомом → перехід на вищий рівень |
Умова генерації (інверсна заселеність):
Особливості лазерного світла:
Цей навчальний матеріал систематично розкриває тему від основ до просунутих концепцій. Курс орієнтований на самостійне навчання з практичним акцентом.
Проходьте матеріал послідовно, не пропускаючи розділів. Виконуйте практичні вправи після кожного блоку. Повертайтеся до складних частин після засвоєння наступних розділів.