მსუბუქი ტალღის გეომეტრიული და ოპტიკური ბილიკის სიგრძე. სინათლის ტალღის ოპტიკური ბილიკის სიგრძე

თვალის მიერ აღქმული სინათლის ტალღების სიგრძე ძალიან მცირეა ( რიგის ). მაშასადამე, ხილული სინათლის გავრცელება შეიძლება ჩაითვალოს პირველ მიახლოებად, აბსტრაქტული მისი ტალღური ბუნებიდან და ვივარაუდოთ, რომ სინათლე ვრცელდება გარკვეული ხაზების გასწვრივ, რომელსაც სხივები ეწოდება. შემზღუდველ შემთხვევაში, ოპტიკის შესაბამისი კანონები შეიძლება ჩამოყალიბდეს გეომეტრიის ენაზე.

ამის შესაბამისად, ოპტიკის ტოტს, რომელშიც უგულებელყოფილია ტალღის სიგრძის სასრულობა, ეწოდება გეომეტრიული ოპტიკა. ამ განყოფილების კიდევ ერთი სახელია სხივური ოპტიკა.

გეომეტრიული ოპტიკის საფუძველს ქმნის ოთხი კანონი: 1) სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი; 2) სინათლის სხივების დამოუკიდებლობის კანონი; 3) სინათლის არეკვლის კანონი; 4) სინათლის გარდატეხის კანონი.

სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი ამბობს, რომ ერთგვაროვან გარემოში სინათლე მოძრაობს სწორი ხაზით. ეს კანონი მიახლოებითია: როდესაც სინათლე გადის ძალიან პატარა ხვრელებს, შეინიშნება გადახრები სისწორისგან, რაც უფრო დიდია ხვრელი მით უფრო პატარაა.

სინათლის სხივების დამოუკიდებლობის კანონი ამბობს, რომ ჰარიერები არ აწუხებენ ერთმანეთს გადაკვეთისას. სხივების გადაკვეთები ხელს არ უშლის თითოეულ მათგანს ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად გავრცელებას. ეს კანონი მოქმედებს მხოლოდ მაშინ, როდესაც სინათლის ინტენსივობა არ არის ძალიან მაღალი. ლაზერებით მიღწეული ინტენსივობით, სინათლის სხივების დამოუკიდებლობა აღარ არის დაცული.

სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონები ჩამოყალიბებულია § 112-ში (იხ. ფორმულები (112.7) და (112.8) და შემდეგი ტექსტი).

გეომეტრიული ოპტიკა შეიძლება ეფუძნებოდეს მე-17 საუკუნის შუა ხანებში ფრანგი მათემატიკოსის ფერმატის მიერ დადგენილ პრინციპს. ამ პრინციპიდან გამომდინარეობს სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების, არეკვლისა და გარდატეხის კანონები. როგორც თავად ფერმატმა ჩამოაყალიბა, პრინციპი ამბობს, რომ სინათლე მოგზაურობს გზაზე, რისთვისაც მას მინიმალური დრო სჭირდება მოგზაურობისთვის.

ბილიკის მონაკვეთის გასავლელად (ნახ.

115.1) სინათლეს სჭირდება დრო, სადაც v არის სინათლის სიჩქარე საშუალო მოცემულ წერტილში.

ვ-ის მეშვეობით (იხ. (110.2)) ჩანაცვლებით მივიღებთ, რომ მაშასადამე, სინათლის მიერ დახარჯული დრო წერტილიდან 2 წერტილამდე ტოლია

(115.1)

სიგრძის განზომილების მქონე სიდიდე

ოპტიკური ბილიკის სიგრძე ეწოდება.

ერთგვაროვან გარემოში ოპტიკური ბილიკის სიგრძე უდრის გეომეტრიული ბილიკის სიგრძის s ნამრავლს და გარემოს გარდატეხის ინდექსის:

(115.1) და (115.2) მიხედვით

მოგზაურობის დროის პროპორციულობა L ოპტიკური ბილიკის სიგრძესთან შესაძლებელს ხდის ფერმას პრინციპის ჩამოყალიბებას შემდეგნაირად: სინათლე ვრცელდება გზაზე, რომლის ოპტიკური სიგრძე მინიმალურია. უფრო ზუსტად, ოპტიკური ბილიკის სიგრძე უნდა იყოს უკიდურესი, ანუ მინიმალური, ან მაქსიმალური, ან სტაციონარული - იგივე ყველა შესაძლო ბილიკისთვის. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, ყველა სინათლის ბილიკი ორ წერტილს შორის აღმოჩნდება ტავოქრონული (საჭიროა ერთი და იგივე დრო მოგზაურობისთვის).

ფერმას პრინციპი გულისხმობს სინათლის სხივების შექცევადობას. მართლაც, ოპტიკური გზა, რომელიც მინიმალურია სინათლის გავრცელების შემთხვევაში 1 წერტილიდან 2 წერტილამდე, ასევე მინიმალური იქნება სინათლის საპირისპირო მიმართულებით გავრცელების შემთხვევაში.

შესაბამისად, სხივი გაშვებული სხივისკენ, რომელმაც გაიარა 1 წერტილიდან 2 წერტილამდე, იგივე გზას გაუყვება, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებით.

ფერმას პრინციპის გამოყენებით ვიღებთ სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონებს. დაეცემა სინათლე A წერტილიდან B წერტილამდე, არეკლილი ზედაპირიდან (ნახ. 115.2; პირდაპირი გზა A-დან B-მდე ბლოკავს გაუმჭვირვალე ეკრანით E). გარემო, რომელშიც სხივი გადის, ერთგვაროვანია. ამრიგად, მინიმალური ოპტიკური ბილიკის სიგრძე მცირდება მის გეომეტრიულ სიგრძემდე. თვითნებური ბილიკის გეომეტრიული სიგრძე უდრის (დამხმარე წერტილი A არის A წერტილის სარკისებური გამოსახულება). ნახატიდან ჩანს, რომ O წერტილში არეკლილი სხივის გზას, რომლის არეკვლის კუთხე ტოლია დაცემის კუთხის, აქვს ყველაზე მოკლე სიგრძე. გაითვალისწინეთ, რომ წერტილი O შორდება O წერტილიდან, ბილიკის გეომეტრიული სიგრძე იზრდება განუსაზღვრელი ვადით, ამიტომ ამ შემთხვევაში არის მხოლოდ ერთი უკიდურესი - მინიმალური.

ახლა ვიპოვოთ წერტილი, სადაც სხივი უნდა გარდატეხოს A-დან B-მდე გავრცელებით, ისე რომ ოპტიკური ბილიკის სიგრძე უკიდურესი იყოს (ნახ. 115.3). თვითნებური სხივისთვის, ოპტიკური ბილიკის სიგრძე უდრის

უკიდურესი მნიშვნელობის საპოვნელად, განასხვავეთ L x-ის მიმართ და გაუტოლეთ წარმოებული ნულს)

ფაქტორები შესაბამისად ტოლია, ამგვარად ვიღებთ მიმართებას

გარდატეხის კანონის გამოხატვა (იხ. ფორმულა (112.10)).

განვიხილოთ ანარეკლი რევოლუციის ელიფსოიდის შიდა ზედაპირიდან (სურ. 115.4; - ელიფსოიდის კერები). ელიფსის განმარტებით, ბილიკები და ა.შ. სიგრძით ერთნაირია.

მაშასადამე, ყველა სხივი, რომელიც ტოვებს ფოკუსს და აღწევს ფოკუსს ასახვის შემდეგ, ტავოქრონულია. ამ შემთხვევაში, ოპტიკური ბილიკის სიგრძე სტაციონარულია. თუ ელიფსოიდის ზედაპირს შევცვლით MM ზედაპირით, რომელსაც აქვს ნაკლები გამრუდება და ორიენტირებულია ისე, რომ MM-დან ასახვის შემდეგ წერტილიდან გამოსული სხივი მოხვდეს წერტილში, მაშინ გზა მინიმალური იქნება. ზედაპირისთვის, რომელსაც აქვს ელიფსოიდის მრუდი უფრო დიდი, ბილიკი იქნება მაქსიმალური.

ოპტიკური ბილიკების სტაციონარული მდგომარეობა ასევე ხდება მაშინ, როდესაც სხივები გადის ობიექტივში (ნახ. 115.5). სხივს აქვს უმოკლესი გზა ჰაერში (სადაც გარდატეხის ინდექსი თითქმის ერთობის ტოლია) და ყველაზე გრძელი გზა მინაში ( სხივს აქვს ჰაერში უფრო გრძელი გზა, მაგრამ მინაში უფრო მოკლე გზა. შედეგად, ოპტიკური ბილიკის სიგრძეა. რადგან ყველა სხივი ერთნაირია, ამიტომ სხივები ტავოქრონულია და ოპტიკური ბილიკის სიგრძე სტაციონარულია.

განვიხილოთ ტალღა, რომელიც ვრცელდება არაჰომოგენურ იზოტროპულ გარემოში 1, 2, 3 და ა.შ სხივების გასწვრივ (სურ. 115.6). ჩვენ განვიხილავთ არაჰომოგენურობას საკმარისად მცირედ, რომ რეფრაქციული ინდექსი შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივი X სიგრძის სხივების სეგმენტებზე.

ბილიკის მონაკვეთის გასავლელად (ნახ.

(115.1)

სიგრძის განზომილების მქონე სიდიდე

ოპტიკური ბილიკის სიგრძე ეწოდება.

(115.1) და (115.2) მიხედვით

ფაქტორები შესაბამისად ტოლია, ამგვარად ვიღებთ მიმართებას

გარდატეხის კანონის გამოხატვა (იხ. ფორმულა (112.10)).

სინათლის ბუნების ჩამოყალიბებამდეც კი ცნობილი იყო შემდეგი: გეომეტრიული ოპტიკის კანონები(შუქის ბუნების საკითხი არ განიხილებოდა).

1. სინათლის სხივების დამოუკიდებლობის კანონი: ერთი სხივის მიერ წარმოქმნილი ეფექტი არ არის დამოკიდებული იმაზე, მოქმედებენ თუ არა სხვა სხივები ერთდროულად ან აღმოიფხვრება.
2. სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი: სინათლე ვრცელდება სწორხაზოვნად ერთგვაროვან გამჭვირვალე გარემოში.

ბრინჯი. 21.1.

3. სინათლის არეკვლის კანონი: არეკლილი სხივი განლაგებულია იმავე სიბრტყეში, სადაც დაცემის სხივი და პერპენდიკულურია დახატული ორ მედიას შორის დაცემის წერტილში; არეკვლის კუთხე /|“ უდრის დაცემის კუთხეს /, (ნახ. 21.1): მე[ = მე x.
4. სინათლის გარდატეხის კანონი (სნელის კანონი, 1621): შემხვედრი სხივი, გარდატეხილი სხივი და პერპენდიკულარული

ორ მედიასაშუალებას შორის, დახატული სხივის დაცემის წერტილში, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში; როდესაც სინათლის გარდატეხა ხდება ორ იზოტროპულ მედიას შორის რეფრაქციული მაჩვენებლების ინტერფეისზე p xდა n 2პირობა დაკმაყოფილებულია

სულ შიდა ასახვა- ეს არის სინათლის სხივის ასახვა ორი გამჭვირვალე მედიის ინტერფეისიდან მისი ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში დაცემის შემთხვევაში კუთხით /, > / pr, რისთვისაც თანასწორობა მოქმედებს.

სადაც "21 არის ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი (შემთხვევა l, > პ 2).

დაცემის უმცირეს კუთხეს / რომელზედაც მთელი შუქი მთლიანად აირეკლება გარემოში / ეწოდება შეზღუდვის კუთხემთლიანი ანარეკლი.

მთლიანი ასახვის ფენომენი გამოიყენება სინათლის სახელმძღვანელოებში და მთლიანი ასახვის პრიზმებში (მაგალითად, ბინოკლებში).

ოპტიკური ბილიკის სიგრძელწერტილებს შორის ლი ვგამჭვირვალე გარემო არის მანძილი, რომელზედაც სინათლე (ოპტიკური გამოსხივება) გავრცელდება ვაკუუმში იმავე დროს, საიდანაც სჭირდება გადაადგილება. აადრე INგარემოში. ვინაიდან სინათლის სიჩქარე ნებისმიერ გარემოში ნაკლებია მის სიჩქარეზე ვაკუუმში, მაშინ ლყოველთვის აღემატება რეალურ გავლილ მანძილს. ჰეტეროგენულ გარემოში

სად პ- საშუალო რეფრაქციული ინდექსი; დს- სხივების ტრაექტორიის უსასრულო ელემენტი.

ერთგვაროვან გარემოში, სადაც სინათლის გეომეტრიული ბილიკის სიგრძე უდრის ს,ოპტიკური ბილიკის სიგრძე განისაზღვრება როგორც

ბრინჯი. 21.2.ტავტოქრონიული სინათლის ბილიკების მაგალითი (SMNS" > SABS")

გეომეტრიული ოპტიკის ბოლო სამი კანონის მიღება შესაძლებელია ფერმას პრინციპი(დაახლოებით 1660): ნებისმიერ გარემოში, სინათლე მოძრაობს გზაზე, რომელიც მოითხოვს მინიმალურ დროს გადაადგილებას. იმ შემთხვევაში, როდესაც ეს დრო ყველა შესაძლო ბილიკისთვის ერთნაირია, ყველა სინათლის ბილიკი ორ წერტილს შორის ეწოდება ტავქრონიული(სურ. 21.2).

ტავქრონიზმის პირობა დაკმაყოფილებულია, მაგალითად, სხივების ყველა ბილიკით, რომელიც გადის ობიექტივში და ქმნის გამოსახულებას. S"სინათლის წყარო ს.სინათლე ერთსა და იმავე დროს მოძრაობს არათანაბარი გეომეტრიული სიგრძის ბილიკებზე (სურ. 21.2). ზუსტად ის, რაც გამოიყოფა წერტილიდან სსხივები ერთდროულად და უმოკლეს დროში გროვდება წერტილში S",საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ წყაროს სურათი ს.

ოპტიკური სისტემებიარის ოპტიკური ნაწილების ერთობლიობა (ლინზები, პრიზმები, სიბრტყე-პარალელური ფირფიტები, სარკეები და ა.შ.), რომლებიც გაერთიანებულია ოპტიკური გამოსახულების მისაღებად ან სინათლის წყაროდან მომდინარე სინათლის ნაკადის გარდაქმნისთვის.

გამოირჩევა შემდეგი: ოპტიკური სისტემების ტიპებიობიექტის პოზიციიდან და მისი გამოსახულების მიხედვით: მიკროსკოპი (ობიექტი მდებარეობს სასრულ მანძილზე, გამოსახულება არის უსასრულობაში), ტელესკოპი (ობიექტიც და მისი გამოსახულებაც უსასრულობაშია), ობიექტივი (ობიექტი მდებარეობს უსასრულობაში). , და გამოსახულება სასრულ მანძილზეა) , საპროექციო სისტემა (ობიექტი და მისი გამოსახულება განლაგებულია სასრულ მანძილზე ოპტიკური სისტემიდან). ოპტიკური სისტემები გამოიყენება ტექნოლოგიურ აღჭურვილობაში ოპტიკური ადგილმდებარეობისთვის, ოპტიკური კომუნიკაციებისთვის და ა.შ.

ოპტიკური მიკროსკოპებისაშუალებას გაძლევთ შეამოწმოთ ობიექტები, რომელთა ზომები უფრო მცირეა, ვიდრე თვალის მინიმალური გარჩევადობა 0.1 მმ. მიკროსკოპების გამოყენება შესაძლებელს ხდის განასხვავოს სტრუქტურები ელემენტებს შორის მანძილით 0,2 მიკრონიმდე. გადასაჭრელი ამოცანების მიხედვით, მიკროსკოპები შეიძლება იყოს საგანმანათლებლო, კვლევითი, უნივერსალური და ა.შ. მაგალითად, როგორც წესი, ლითონის ნიმუშების მეტალოგრაფიული კვლევები იწყება სინათლის მიკროსკოპის მეთოდით (სურ. 21.3). შენადნობის წარმოდგენილ ტიპურ მიკროგრაფში (ნახ. 21.3, ა)ჩანს, რომ ალუმინის-სპილენძის შენადნობის ფოლგის ზედაპირი არის

ბრინჯი. 21.3.ა- A1-0,5 at.% Cu შენადნობის ფოლგის ზედაპირის მარცვლოვანი სტრუქტურა (Shepelevich et al., 1999); ბ- განივი კვეთა ფოლგის სისქის გასწვრივ Al-3.0 at.% Cu შენადნობის (Shepelevich et al., 1999) (გლუვი მხარე - ფოლგის მხარე, რომელიც კონტაქტშია სუბსტრატთან გამაგრების დროს) უჭირავს უბნებს უფრო მცირე და უფრო დიდი მარცვლები (იხ. ქვეთემა 30.1). ნიმუშის სისქის კვეთის მარცვლოვანი სტრუქტურის ანალიზი აჩვენებს, რომ ალუმინის-სპილენძის სისტემის შენადნობების მიკროსტრუქტურა იცვლება ფოლგის სისქის გასწვრივ (ნახ. 21.3, ბ).

ოპტიკური ბილიკის სიგრძე

ოპტიკური ბილიკის სიგრძეგამჭვირვალე გარემოს A და B წერტილებს შორის არის მანძილი, რომელზედაც სინათლე (ოპტიკური გამოსხივება) გავრცელდება ვაკუუმში A-დან B-მდე გავლისას. ოპტიკური ბილიკის სიგრძე ერთგვაროვან გარემოში არის სინათლის მიერ გავლილი მანძილის ნამრავლი. რეფრაქციული ინდექსის მქონე გარემო n გარდატეხის ინდექსით:

არაჰომოგენური გარემოსთვის აუცილებელია გეომეტრიული სიგრძის ისეთ მცირე ინტერვალებად დაყოფა, რომ გარდატეხის ინდექსი მუდმივი იყოს ამ ინტერვალზე:

მთლიანი ოპტიკური ბილიკის სიგრძე იპოვება ინტეგრაციის გზით:

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წელი.

ნახეთ, რა არის „ოპტიკური ბილიკის სიგრძე“ სხვა ლექსიკონებში:

სინათლის სხივის ბილიკის სიგრძისა და გარემოს გარდატეხის ინდექსის ნამრავლი (გზა, რომელსაც სინათლე ერთდროულად გაივლის, ვაკუუმში გავრცელებით) ... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

გამჭვირვალე გარემოს A და B წერტილებს შორის, მანძილი, რომელზედაც სინათლე (ოპტიკური გამოსხივება) გავრცელდება ვაკუუმში იმავე დროს, რამდენიც სჭირდება A-დან B-მდე გადაადგილებას გარემოში. ვინაიდან სინათლის სიჩქარე ნებისმიერ გარემოში ნაკლებია მის სიჩქარეზე ვაკუუმში, O.d ... ფიზიკური ენციკლოპედია

გადამცემის გამოსხივების ტალღის ფრონტის მიერ გავლილი უმოკლესი მანძილი მისი გამომავალი ფანჯრიდან მიმღების შეყვანის ფანჯარამდე. წყარო: NPB 82 99 EdwART. უსაფრთხოებისა და ხანძარსაწინააღმდეგო აღჭურვილობის ტერმინებისა და განმარტებების ლექსიკონი, 2010 წ. საგანგებო სიტუაციების ლექსიკონი

ოპტიკური ბილიკის სიგრძე- (ს) სხვადასხვა გარემოში მონოქრომატული გამოსხივების მიერ გავლილი მანძილების ნამრავლების ჯამი და ამ გარემოს შესაბამისი რეფრაქციული მაჩვენებლები. [GOST 7601 78] თემები: ოპტიკა, ოპტიკური ხელსაწყოები და გაზომვები ზოგადი ოპტიკური ტერმინები... ... ტექნიკური მთარგმნელის გზამკვლევი

სინათლის სხივის ბილიკის სიგრძისა და გარემოს გარდატეხის ინდექსის ნამრავლი (გზა, რომელსაც სინათლე ერთდროულად გაივლის, ვაკუუმში გავრცელებით). * * * ოპტიკური ბილიკის სიგრძე ოპტიკური ბილიკის სიგრძე, სინათლის სხივის ბილიკის სიგრძის ნამრავლი... ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი

ოპტიკური ბილიკის სიგრძე- optinis kelio ilgis statusas T sritis fizika atitikmenys: ინგლ. ოპტიკური ბილიკის სიგრძე vok. optische Weglänge, f rus. ოპტიკური ბილიკის სიგრძე, f pranc. ოპტიმალური სიგრძის ტრაექტორია, ვ … ფიზიკურ ტერმინალში

ოპტიკური გზა გამჭვირვალე გარემოს A და B წერტილებს შორის; მანძილი, რომელზედაც სინათლე (ოპტიკური გამოსხივება) გავრცელდებოდა ვაკუუმში მისი A-დან B-მდე გადასვლისას. ვინაიდან სინათლის სიჩქარე ნებისმიერ გარემოში ნაკლებია მის სიჩქარეზე ... ... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

სინათლის სხივის ბილიკის სიგრძისა და გარემოს გარდატეხის ინდექსის ნამრავლი (გზა, რომელსაც სინათლე ერთდროულად გაივლის, ვაკუუმში გავრცელებით) ... ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი

გეომის კონცეფცია. და ტალღური ოპტიკა, გამოიხატება მანძილების ნამრავლების ჯამით! გადის რადიაცია სხვადასხვა მედია, მედიის შესაბამის რეფრაქციულ მაჩვენებლებს. O. d.p. უდრის მანძილს, რომელზედაც სინათლე ერთსა და იმავე დროს გაივლის და გავრცელდება... ... დიდი ენციკლოპედიური პოლიტექნიკური ლექსიკონი

ბილიკის სიგრძე გამჭვირვალე გარემოს A და B წერტილებს შორის არის მანძილი, რომელზედაც სინათლე (ოპტიკური გამოსხივება) გავრცელდება ვაკუუმში იმ დროს, რაც სჭირდება A-დან B-მდე გადაადგილებას გარემოში. ვინაიდან სინათლის სიჩქარე ნებისმიერ გარემოში ნაკლებია მის სიჩქარეზე ვაკუუმში... ფიზიკური ენციკლოპედია

გეომეტრიული ოპტიკის ძირითადი კანონები ცნობილია უძველესი დროიდან. ამრიგად, პლატონმა (ძვ. წ. 430 წ.) დაადგინა სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი. ევკლიდეს ტრაქტატებში ჩამოყალიბებული იყო სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი და დაცემის და არეკვლის კუთხეების თანასწორობის კანონი. არისტოტელემ და პტოლემეოსმა შეისწავლეს სინათლის გარდატეხა. მაგრამ ამათ ზუსტი ფორმულირება გეომეტრიული ოპტიკის კანონები ბერძენმა ფილოსოფოსებმა ის ვერ იპოვეს. გეომეტრიული ოპტიკა არის ტალღური ოპტიკის შემზღუდველი შემთხვევა, როცა სინათლის ტალღის სიგრძე ნულისკენ მიისწრაფვის. უმარტივესი ოპტიკური ფენომენები, როგორიცაა ჩრდილების გამოჩენა და გამოსახულების წარმოება ოპტიკურ ინსტრუმენტებში, შეიძლება გავიგოთ გეომეტრიული ოპტიკის ფარგლებში.

გეომეტრიული ოპტიკის ფორმალური კონსტრუქცია ეფუძნება ოთხი კანონი ექსპერიმენტულად დადგენილია: · სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი · სინათლის სხივების დამოუკიდებლობის კანონი · · არეკვლის კანონი · სინათლის გარდატეხის კანონი. ამ კანონების გასაანალიზებლად ჰ. ჰაიგენსმა შემოგვთავაზა მარტივი და ვიზუალური მეთოდი, მოგვიანებით დაურეკეს ჰიუგენსის პრინციპი .თითოეული წერტილი, სადაც სინათლის აგზნება აღწევს, არის ,თავის მხრივ, მეორადი ტალღების ცენტრი;ზედაპირი, რომელიც მოიცავს ამ მეორად ტალღებს დროის გარკვეულ მომენტში, მიუთითებს რეალურად გამავრცელებელი ტალღის ფრონტის პოზიციაზე იმ მომენტში.

მისი მეთოდის საფუძველზე ჰაიგენსმა განმარტა სინათლის გავრცელების სისწორე და გამოიყვანეს ასახვის კანონები და რეფრაქცია .სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი :· სინათლე ვრცელდება სწორხაზოვნად ოპტიკურად ერთგვაროვან გარემოში.ამ კანონის დასტურია ჩრდილების არსებობა მკვეთრი საზღვრებით გაუმჭვირვალე ობიექტებიდან მცირე წყაროებით განათებისას. თუმცა ფრთხილად ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ეს კანონი ირღვევა, თუ სინათლე გადის ძალიან პატარა ხვრელებს და გადახრა გავრცელების სისწორისგან არის. რაც უფრო დიდია, მით უფრო პატარაა ხვრელები.

ობიექტის მიერ ჩამოყალიბებული ჩრდილი განისაზღვრება იმით სინათლის სხივების სისწორე ოპტიკურად ერთგვაროვან გარემოში ნახ 7.1 ასტრონომიული ილუსტრაცია სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელება და, კერძოდ, უმბრას და პენუმბრას წარმოქმნა შეიძლება გამოწვეული იყოს ზოგიერთი პლანეტის დაჩრდილვით სხვების მიერ, მაგალითად მთვარის დაბნელება , როდესაც მთვარე ეცემა დედამიწის ჩრდილში (სურ. 7.1). მთვარისა და დედამიწის ურთიერთმოძრაობის გამო დედამიწის ჩრდილი მთვარის ზედაპირზე მოძრაობს და მთვარის დაბნელება გადის რამდენიმე ნაწილობრივ ფაზას (სურ. 7.2).

სინათლის სხივების დამოუკიდებლობის კანონი :· ინდივიდუალური სხივის მიერ წარმოებული ეფექტი არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ არა,მოქმედებს თუ არა სხვა პაკეტები ერთდროულად, თუ ისინი აღმოფხვრილია.სინათლის ნაკადის ცალკეულ სინათლის სხივებად დაყოფით (მაგალითად, დიაფრაგმის გამოყენებით), შეიძლება აჩვენოს, რომ არჩეული სინათლის სხივების მოქმედება დამოუკიდებელია. ასახვის კანონი (ნახ. 7.3): არეკლილი სხივი დევს იმავე სიბრტყეში, როგორც დაცემის სხივი და პერპენდიკულარული,დახატულია ორ მედიას შორის ზემოქმედების ადგილზე;· დაცემის კუთხეα არეკვლის კუთხის ტოლიγ: α = γ

ასახვის კანონის გამოყვანა გამოვიყენოთ ჰაიგენსის პრინციპი. დავუშვათ, რომ სიბრტყე ტალღა (ტალღის ფრონტი AB თან, მოდის ორ მედიას შორის ინტერფეისზე (ნახ. 7.4). როცა ტალღის ფრონტი ABმიაღწევს ამრეკლავ ზედაპირს წერტილში ა, ეს წერტილი დაიწყებს გამოსხივებას მეორადი ტალღა .· ტალღისთვის მანძილის გასავლელად მზესაჭირო დრო Δ ტ = ძვ.წ./ υ . ამავე დროს, მეორადი ტალღის წინა ნაწილი მიაღწევს ნახევარსფეროს წერტილებს, რადიუსს ახ.წრომელიც უდრის: υ Δ ტ= მზე.ასახული ტალღის ფრონტის პოზიცია დროის ამ მომენტში, ჰაიგენსის პრინციპის შესაბამისად, მოცემულია თვითმფრინავით. DC, და ამ ტალღის გავრცელების მიმართულება არის II სხივი. სამკუთხედების ტოლობიდან ABCდა ADCგამოედინება ასახვის კანონი: დაცემის კუთხეα არეკვლის კუთხის ტოლი γ . გარდატეხის კანონი (სნელის კანონი) (ნახ. 7.5): დაცემის სხივი, რეფრაქციული სხივი და პერპენდიკულარი, რომელიც შედგენილია დაცემის წერტილში ინტერფეისზე, ერთ სიბრტყეშია;· დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა მოცემული მედიისთვის.

გარდატეხის კანონის წარმოშობა. დავუშვათ, რომ სიბრტყე ტალღა (ტალღის ფრონტი AB), ვაკუუმში გავრცელება I მიმართულებით სიჩქარით თან, ეცემა იმ გარემოსთან ინტერფეისზე, რომელშიც მისი გავრცელების სიჩქარე ტოლია u(ნახ. 7.6) მიეცით ტალღის მიერ გზის გასავლელად საჭირო დრო მზე, უდრის D ტ. მერე BC = sდ ტ. ამავე დროს, ტალღის წინა მხარე აღფრთოვანებულია წერტილით ასიჩქარის მქონე გარემოში u, მიაღწევს ნახევარსფეროს წერტილებს, რომელთა რადიუსიც ახ.წ = uდ ტ. რეფრაქციული ტალღის ფრონტის პოზიცია დროის ამ მომენტში, ჰაიგენსის პრინციპის შესაბამისად, მოცემულია თვითმფრინავით. DC, ხოლო მისი გავრცელების მიმართულება - III სხივით . ნახ. 7.6 ცხადია, რომ ე.ი. .ეს გულისხმობს სნელის კანონი : სინათლის გავრცელების კანონის ოდნავ განსხვავებული ფორმულირება მოგვცა ფრანგმა მათემატიკოსმა და ფიზიკოსმა პ.ფერმამ.

ფიზიკური კვლევა ძირითადად ოპტიკას ეხება, სადაც მან 1662 წელს დაადგინა გეომეტრიული ოპტიკის ძირითადი პრინციპი (ფერმატის პრინციპი). ფერმას პრინციპსა და მექანიკის ვარიაციულ პრინციპებს შორის ანალოგიამ მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა თანამედროვე დინამიკის და ოპტიკური ინსტრუმენტების თეორიის განვითარებაში. ფერმას პრინციპი , სინათლე ვრცელდება ორ წერტილს შორის გზის გასწვრივ, რომელიც მოითხოვს მინიმალური დრო. ვნახოთ ამ პრინციპის გამოყენება სინათლის გარდატეხის იგივე პრობლემის გადასაჭრელად.სხივი სინათლის წყაროდან სვაკუუმში მდებარე პუნქტამდე მიდის IN, განლაგებულია ინტერფეისის მიღმა ზოგიერთ გარემოში (ნახ. 7.7).

ყველა გარემოში უმოკლესი გზა სწორი იქნება ს.ა.და AB. სრული გაჩერება აახასიათებს მანძილით xწყაროდან ინტერფეისამდე ჩამოშვებული პერპენდიკულურიდან. მოდით განვსაზღვროთ გზის გავლაზე დახარჯული დრო SAB:.მინიმალის საპოვნელად ვპოულობთ τ-ის პირველ წარმოებულს მიმართ Xდა გაუტოლეთ ნულს:, აქედან მივდივართ იმავე გამოთქმამდე, რომელიც მიიღეს ჰაიგენსის პრინციპზე დაყრდნობით: ფერმას პრინციპმა შეინარჩუნა თავისი მნიშვნელობა დღემდე და ემსახურებოდა მექანიკის კანონების (მათ შორის, კანონების) ზოგადი ფორმულირების საფუძველს. ფარდობითობის თეორია და კვანტური მექანიკა) ფერმას პრინციპიდან რამდენიმე შედეგი აქვს. სინათლის სხივების შექცევადობა : თუ სხივს შეაბრუნებ III (სურ. 7.7), რაც იწვევს მის ინტერფეისზე კუთხით დაცემასβ, მაშინ პირველ გარემოში გარდატეხილი სხივი კუთხით გავრცელდება α, ანუ ის წავა საპირისპირო მიმართულებით სხივის გასწვრივმე . კიდევ ერთი მაგალითია მირაჟი , რომელსაც მოგზაურები ხშირად აკვირდებიან ცხელ გზებზე. წინ ოაზისს ხედავენ, მაგრამ იქ მისვლისას ირგვლივ ქვიშაა. არსი იმაში მდგომარეობს, რომ ამ შემთხვევაში ჩვენ ვხედავთ სინათლეს, რომელიც გადადის ქვიშაზე. თავად გზის ზემოთ ჰაერი ძალიან ცხელია, ზედა ფენებში კი უფრო ცივი. ცხელი ჰაერი, ფართოვდება, უფრო იშვიათი ხდება და მასში სინათლის სიჩქარე უფრო დიდია, ვიდრე ცივ ჰაერში. ამიტომ, სინათლე არ მოძრაობს სწორი ხაზით, არამედ ტრაექტორიის გასწვრივ უმოკლეს დროში, გადაიქცევა ჰაერის თბილ ფენებად. თუ სინათლე მოდის მაღალი რეფრაქციული ინდექსის მედია (ოპტიკურად უფრო მკვრივი) დაბალი რეფრაქციული ინდექსის მქონე გარემოში (ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივი) ( > ) , მაგალითად, მინიდან ჰაერში, შემდეგ, გარდატეხის კანონის მიხედვით, რეფრაქციული სხივი შორდება ნორმალურს და გარდატეხის β კუთხე უფრო დიდია, ვიდრე α დაცემის კუთხე (ნახ. 7.8 ა).

როდესაც დაცემის კუთხე იზრდება, გარდატეხის კუთხე იზრდება (ნახ. 7.8 ბ, ვ), სანამ გარკვეული დაცემის კუთხით () გარდატეხის კუთხე არ იქნება π/2-ის ტოლი.კუთხეს ე.წ. შეზღუდვის კუთხე . დაცემის კუთხით α > ყველა შემთხვევის სინათლე მთლიანად აირეკლება (ნახ. 7.8 გ). როდესაც დაცემის კუთხე უახლოვდება ზღვრულს, რეფრაქციული სხივის ინტენსივობა მცირდება, ხოლო არეკლილი სხივი იზრდება. ინციდენტის პირველი (ნახ. 7.8 გ). · ამგვარად,დაცემის კუთხით, რომელიც მერყეობს π/2-დან,სხივი არ ირღვევა,და სრულად აისახება პირველ ოთხშაბათს,უფრო მეტიც, არეკლილი და შემხვედრი სხივების ინტენსივობა იგივეა. ამ ფენომენს ე.წ სრული ასახვა. ლიმიტის კუთხე განისაზღვრება ფორმულით: ; .მთლიანი ასახვის ფენომენი გამოიყენება მთლიანი ასახვის პრიზმებში (ნახ. 7.9).

შუშის გარდატეხის ინდექსი არის n » 1.5, ამიტომ შეზღუდვის კუთხე მინა-ჰაერის ინტერფეისისთვის. = რკალი (1/1,5) = 42° როდესაც სინათლე ეცემა მინა-ჰაერის საზღვარზე α-ზე > 42° ყოველთვის იქნება მთლიანი ასახვა. ნახაზი 7.9 გვიჩვენებს მთლიანი არეკვლის პრიზმებს, რომლებიც საშუალებას აძლევს: ა) შემოატრიალონ სხივი 90°-ით; ბ) მოატრიალონ გამოსახულება; გ) შემოახვიონ სხივები. მთლიანი ასახვის პრიზმები გამოიყენება ოპტიკურ ინსტრუმენტებში (მაგალითად, ბინოკლებში, პერისკოპებში), აგრეთვე რეფრაქტომეტრებში, რომლებიც შესაძლებელს ხდის სხეულების გარდატეხის ინდექსის დადგენას (გარდატეხის კანონის მიხედვით, გაზომვით ვადგენთ ორი მედიის ფარდობითი გარდატეხის მაჩვენებელს, ასევე ერთ-ერთი მედიის აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი, თუ ცნობილია მეორე გარემოს რეფრაქციული ინდექსი).

ტოტალური ასახვის ფენომენი ასევე გამოიყენება მსუბუქი გიდები , რომელიც წარმოადგენს ოპტიკურად გამჭვირვალე მასალისგან დამზადებულ თხელ, შემთხვევით მოხრილ ძაფებს (ბოჭკოებს). 7.10 ბოჭკოვან ნაწილებში გამოიყენება მინის ბოჭკოვანი, რომლის შუქმმართველი ბირთვი (ბირთი) გარშემორტყმულია მინით - სხვა მინისგან დამზადებული ჭურვი უფრო დაბალი გარდატეხის ინდექსით. სინათლის ინციდენტი სინათლის სახელმძღვანელოს ბოლოს ზღვარზე მეტი კუთხით , ექვემდებარება core-shell ინტერფეისს მთლიანი ანარეკლი და ვრცელდება მხოლოდ მსუბუქი სახელმძღვანელო ბირთვის გასწვრივ.სინათლის გიდები გამოიყენება შესაქმნელად მაღალი ტევადობის სატელეგრაფო-სატელეფონო კაბელები . კაბელი შედგება ასობით და ათასობით ადამიანის თმაზე თხელი ოპტიკური ბოჭკოებისგან. ასეთი კაბელის საშუალებით, ჩვეულებრივი ფანქრის სისქის, ოთხმოცი ათასამდე სატელეფონო საუბრის ერთდროულად გადაცემაა შესაძლებელი. გარდა ამისა, სინათლის გიდები გამოიყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კათოდური სხივების მილებში, ელექტრონულ მთვლელ მანქანებში, ინფორმაციის კოდირებისთვის, მედიცინაში ( მაგალითად, კუჭის დიაგნოსტიკა), ინტეგრირებული ოპტიკის მიზნებისთვის.