Геометриялық оптика заңдары

Оптикалық сәулелену электромагниттік толқын болып табылады, сондықтан оптика электромагниттік өрісті жалпы зерттеудін бөлімі болып табылады.

Оптика қарастырылатын құбылыстарына қарай геометриялық (сәулелік), толқындық (физикалық), кванттық (корпускулярлық) болып бөлінеді.

Жарық табиғатын тапқанға дейін келесі заңдар анықталды:

А) Жарықтың түзу сызықты таралуының заңы - жарық оптикалық біртекті ортада түзу сызықты таралады;

Б) Жарық сәулесі – бойымен жарық энергиясы таралатын түзу. Біртекті ортада жарық сәулелеері түзу сызықтар болып табылады (1.1-сурет);

В) Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңы – бұл басқа шоқ арқылы болған эффект, ол басқа шоқтардың жұмысына байланысты емес.

Шағылу заңы - түскен сәуле түзу нуктесінде тұрғызылған нормаль бір жазықтықта жатады. Шағылу бұрышы   түсу бұрышына   тең:

 

.

(1.1)

Сыну заңы - түскен сәуле, сынған сәуле және тұрғызылған нормаль бір жазықтықта жатады. Түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы берілген орталар үшін тұрақты шама.

 

,

(1.2)

мұндағы  - екінші ортаның бірінші ортаға қатысты салыстрамалы сыну көрсеткіші, ол екі ортаның абсолютті сыну көрсеткіштерінің қатынасына тең.

 

.

(1.3)

Бұдан, сыну заңы мына түрге айналады:

 

.

Ортаның абсолют сыну көрсеткіші деп вакумдағы электромагниттік толқындар жылдамдығының  c олардың ортадағы фазалық жылдамдығына   қатынасын анықтайтын n шамасы.

 

,

(1.4)

 болса, онда  , мұндағы   және  -ортаның электр және магниттік өтімділігі.

Егер жарық сыну көрсеткіші үлкен ортадан сыну көрсеткіші   кіші ортаға таралса  , онда сыну көрсеткіші  түсу бұрышынан артық болады   (мысалы айнадан ауаға немесе судан ауаға):

Түсу бұрышын   арттырып, белгілі бір шекті бұрышта сыну бұрышы  тең болады. Түсу бұрышы шекті бұрыштан   артық болғанда түскен жарық толық шағылады (1.2-сурет). Түсу бұрыштары сәуле сынбай бірінші ортаға толық шағылады, бұл кезде түскен және шағылған сәулелер қарқындылығы бірдей болдаы. Бұл құбылыс жарықтың толық ішкі шағылу болып табылады.

Шекті бұрыш мына қатынаспен анықталады:

 

.

(1.5)

Толық шағылу құбылысы толық шағылу прималарында және световаттарда қолданылады.