Геометриялық оптиканың негізгі заңдары

Жарықтың табиғаты толық анықталғанға дейін төменде келтірілген заңдар белгілі болған:

Жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы – жарық сәулелері оптикалық біртекті ортада түзу сызық бойымен таралады.

Жарық сәулесі – бойынан жарық әнергиясы тасымалданатын сызық.

Біртекті ортада жарық сәулелері түзу сызықтар сияқты болады.

Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңы – жарықтың бір шоғыныңың тудыратын әсері басқа шоқтардың әсерлеріне тәуелді емес, яғни жарық шоқтары бір - біріне ықпалын тигізбейді.

Шағылу заңы – тегіс бетке түскен сәуле, шағылған сәуле және екі ортаның бөліну шекарасындағы түсу нүктесі арқылы жүргізілген нормаль бір жазықтықта жатады; шағылу бұрышы түсу бұрышына тең:

Сыну заңы – түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаның бөліну шекарасындағы түсу нүктесі арқылы жүргізілген нормаль бір жазықтықта жатады, түсу бұрышының синусының сыну бұрышы синусына қатынасы берілген екі орта үшін тұрақты шама болып табылады, мұндағы n₂₁ – екінші ортаның бірінші ортаға қарағандағы салыстырмалы сыну көрсеткіші. Ол екі ортаның абсолют сыну көрсеткіштерінің қатынасына тең.Сәйкесінше, сыну заңы былай өрнектеледі:

Ортаның абсолют сыну көрсеткіші дегеніміз электромагниттік толқындардың вакуумдағы жылдамдығының олардың ортадағы фазалық жылдамдығына қатынасына тең болатын физикалық шама n.

болғандықтан, онда , мұндағы

және - сәйкесінше

ортаның электрлік және магниттік өтімділіктері.

Жарық дисперсиясы

Сыну көрсеткішінің жиілікке тәуелділігі жарықтың дисперсиясы деп аталады. Жарықтың дисперсиясы электромагниттік толқындардың заттың ішіндегі оптикалық электрондар менә серлесу нәтижесі болып табылады. Оптикалық электрондар дегеніміз – атомдармен молекулалар мен әлсіз байланысқан электрондар.Сондықтан Максвеллдің макроскопиялық электромагниттік теориясы бұл құбылысты түсіндіре алмады. Лоренцтің классикалық электрондық теориясы бойынша, дисперсия – электро магниттік толқындардың зат пен әсерлесу нәтижесі. Гармоникалық электромагниттік толқын әсерінен оптикалық электрондар еріксіз тербеліс жасайды, оларөз кезегінде екінші реттік электромагниттік толқындар шығарады. Электронға үш күш әсер етеді: квази серпімді күш, , бұл ядро мен және басқа электрондар мен әсерлесу күші; кедергі күші, , бұл сәуле шығаруға жұмсалатын энергияны және атомның ілгерілемелі қозғалысына айналған тербелмелі қозғалыс энергиясын сипаттайды; еріксіз күш, электромагниттік толқынныңэлектр өрісі тарапынан әсер ететін күш.

Онда еріксіз тербелістерінің дифференциялдық теңдеуін мына түрде жазамыз:

мүндағы - оптикалық электронның ығысуы;

m және – оның массасы мен тербелісінің меншікті жиілігі;

- электронның еріксіз тербелісінің өшу коэффициенті;

және - айнымалы өрістің кернеулік векторының амплитудасы мен жиілігі.

Егер орта жарық жұтпайтын болса , онда еріксізтербелісамплитдасы

Оптикалықэлектрондарығысқандаортаполяризацияланады, оныңполяризацияланудәрежесі , мүндағы - заттыңэлектрлікқабылдағыштығы; - атомдарконцентрациясы.

Онда .