Светлавы прамень

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search

Светлавы прамень у геаметрычнай оптыцы — лінія, уздоўж якой пераносіцца светлавая энергія. Менш выразна, але больш наглядна, можна назваць светлавым промнем пучок святла малога папярочнага памеру.

Паняцце светлавога праменя з’яўляецца краевугольным набліжэннем геаметрычнай оптыкі. У гэтым вызначэнні маецца на ўвазе, што кірунак патоку прамяністай энергіі (ход светлавога праменя) не залежыць ад папярочных памераў пучка святла. З-за таго, што святло ўяўляе сабой хвалевую з’яву, мае месца дыфракцыя, і ў выніку вузкі пучок святла распаўсюджваецца не ў адным кірунку, а мае канчатковае кутняе размеркаванне.

Аднак у тых выпадках, калі характэрныя папярочныя памеры пучкоў святла досыць вялікія ў параўнанні з даўжынёй хвалі, можна занядбаць расходзімостью пучка святла і лічыць, што ён распаўсюджваецца ў адным адзіным напрамку: уздоўж светлавога праменя.

Эйканальнае набліжэнне у хвалевой оптыцы[правіць | правіць зыходнік]

Паняцце светлавога прамяня можна вывесці і з строгай хвалевай тэорыі святла ў рамках так званага эйканальнага набліжэння. У гэтым набліжэнні лічыцца, што ўсе ўласцівасці асяроддзя, праз якую праходзіць святло, змяняюцца на адлегласцях парадку даўжыні хвалі святла вельмі слаба. У выніку, электрамагнітную хвалю ў асяроддзі можна лакальна разглядаць як кавалачак фронту плоскай хвалі з некаторым вызначаным вектарам групавы хуткасці (якая, па вызначэнні, і адказная за перанос энергіі). Такім чынам, сукупнасць усіх вектараў групавой хуткасці ўтварае некаторае вектарнае поле. Прасторавыя крывыя, датычныя да гэтага полі ў кожнай кропцы, і называюць светлавымі праменямі. Паверхні, артаганальных у кожным пункце да поля групавых хуткасцяў, называюцца хвалевымі паверхнямі.

У эйканальным набліжэнні атрымоўваецца замест ураўнення для электрамагнітнай хвалі атрымаць ураўненне для распаўсюджвання светлавога патоку (гэта значыць, для квадрата амплітуды электрамагнітнай хвалі) — ураўненне эйконала. Рашэннямі ўраўненняў эйконала як раз і з’яўляюцца светлавыя прамяні, выпушчаныя з зададзенай кропкі.

Ход светлавых прамянёў[1][правіць | правіць зыходнік]

Светлавыя прамяні і прынцып Ферма[правіць | правіць зыходнік]

Калі ўласцівасці асяроддзя не залежаць ад каардынатаў, то светлавыя прамяні з’яўляюцца прамымі. Гэта вынікае непасрэдна з эйконального набліжэння хвалевай оптыкі, аднак тое ж самае зручна сфармуляваць выключна ў тэрмінах геаметрычнай оптыкі з дапамогай прынцыпу Ферма. Неабходна, аднак, падкрэсліць, што дастасавальнасць самога прынцыпу Ферма да ходу светлавых прамянёў абгрунтоўваецца толькі на ўзроўні хвалевай оптыкі.

Законы праламлення і адлюстравання[правіць | правіць зыходнік]

Відавочна, што законы геаметрычнай оптыкі не змогуць дапамагчы ў выпадках, калі адна сярод рэзка, на адлегласцях менш даўжыні хвалі святла, змяняецца іншым асяроддзем. У прыватнасці, геаметрычная оптыка не можа адказаць на пытанне, чаму ўвогуле павінна існаваць праламленне або адлюстраванне святла. Адказы на гэтыя пытанні дае хвалевая оптыка, аднак выніковы закон праламлення святла і закон адлюстравання святла могуць быць сфармуляваны зноў жа на мове геаметрычнай оптыкі.

Гамацэнтрычныя пучкі[правіць | правіць зыходнік]

Набор блізкіх светлавых прамянёў можа разглядацца як пучок святла. Папярочныя памеры пучка святла не абавязкова заставацца нязменнымі, паколькі ў агульным выпадку розныя светлавыя прамяні не раўналежныя адзін аднаму.

Важным выпадкам пучкоў святла з’яўляюцца гамацэнтрычныя пучкі, гэта значыць пучкі такога святла, усе прамяні якога перасякаюцца ў якой-небудзь кропцы прасторы. Такія пучкі святла могуць быць фармальна атрыманы з кропкавай крыніцы святла ці з плоскага светлавога фронту з дапамогай ідэальнай лінзы. Стандартныя задачы на ​​пабудову малюнкаў у аптычных сістэмах выкарыстоўваюць якраз уласцівасці такіх пучкоў.

Негамацэнтрычныя пучкі не сыходзяцца ў адну кропку прасторы. Замест гэтага, кожны малы ўчастак такога пучка сыходзіцца ў свой фокус. Геаметрычнае месца ўсіх такіх фокусаў негамацэнтрычных пучкоў называецца каўстыкай.

Зноскі

  1. Борн М., Вольф Э.. Основы оптики. М., 1973.