Променева оптика

Геометрична оптика. Граничний перехід від хвильової оптики до геометричної. Принцип Ферма. Поняття про світловий промінь. Заломлення променів на сферичній поверхні. Параксіальне наближення. Теорема Лагранжа–Гельмгольца. Типи лінз. Формула тонкої лінзи. Властивості центрованих оптичних систем. Кардинальні елементи оптичної системи. Додавання ідеальних оптичних систем. Товста лінза як оптична система. Оптична система ока, лупи, телескопа та мікроскопа. Діафрагми оптичних систем, явище віньєтування.

5. КВАЗІМОНОХРОМАТИЧНЕ СВІТЛО.

Квазімонохроматичне світло. Суперпозиція 2-х різночастотних коливань (биття). Хвильовий пакет. Фазова та групова швидкості. Амплітудно модульовані хвилі. Хвильовий цуг та його спектр. Степінь монохроматичності. Спонтанне випромінювання атома. Природний контур спектральної лінії. Розширення контурів спектральних ліній. Ширина лінії лазерного джерела випромінювання.

6. ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА.

Інтерференція світла, принцип суперпозиції, когерентність хвиль. Інтерференція двох монохроматичних хвиль, вплив фазових співвідношень. Ширина полос. Інтерференція монохроматичних хвиль від двох точкових джерел. Форма полос та порядок інтерференції. Отримання когерентних джерел методами поділу хвильового фронту (Інтерференція типу Френеля) та поділу амплітуди (Інтерференція типу Ньютона). Дослід Юнга, бідзеркало Френеля, біпризма Френеля, білінза Бійє, дзеркало Ллойда, досліди Месліна та Поля. Інтерференція світла в плоско паралельній пластині. Полоси рівного нахилу. Полоси рівної товщини. Клин, кільця Ньютона. Локалізація інтерференційних смуг.

Інтерфереція частково когерентного світла Інтерфереція світла від протяжного монохроматичного джерела світла. Просторова когерентність. Вплив кутових розмірів джерела світла на видність інтерференційної картини. Зоряний інтерферометр Майкільсона. Інтерференція немонохроматичного світла. Часова когерентність. Довжина та час когерентності. Приклад 2-х частот. Функція видності інтерференційної картини для цугу скінченої довжини. Функція кореляції та просторово-часова когерентність Комплексна степінь когерентності.. Зв’язок функції кореляції з спектром сигналу. Світловий цуг.

Застосування двохпроменевої інтерференції. Пробні пластини. Інтерферометри Майкільсона, Жамена, Маха-Цендера, Тваймана-Гріна. Волоконно- та інтегрально-оптичні інтерферометри. Лазерні інтерферометри бокового зсуву. Просвітлення оптики. Інтерференційні дзеркала та фільтри. Інтерференційні дослідження. Основи Фур’є-спектрометрії. Фур’є-спектрометри. Доплерівські інтерферометри. Інтерферометри Саньяка. Лазерні гіроскопи.

Багатопроменева інтерференція хвиль рівної амплітуди. Монохроматичні хвилі з одинаковим зсувом фаз (фазова градка, інтерференційне дзеркало та фільтр) та зфазовані хвилі з одинаковою різницею частот (синхронізація мод). Багатопроменева інтерференція в плоско паралельній пластині. Формула Ейрі. Інтерферометр Фабрі–Перо. Розподіл інтенсивності в інтерференційній картині, форма полос, спектральний інтервал, ширина лінії, роздільна здатність.

Планарні світловоди. Умова поперечного фазового синхронізму. Дисперсійне рівняння для асиметричних світловодів. Ідеально металевий світловод. Розв’язки дисперсійного рівняння. Відсічка частоти. Фазова та групова швидкості. Діелектричний світловод. Відсічка хвильового вектора. Дисперсійне рівняння.

7. ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА.

Дифракція світла. Принцип Гюйгенса–Френеля. Метод зон Френеля. Спіраль Френеля. Прямолінійність поширення світла. Дифракція Френеля на круглому отворі та на круглому екрані. Дослід Поля. Зонна платівка Френеля, положення її фокусів. Дифракція Френеля на краю прямолінійного екрана. Спіраль Корню. Розподіл інтенсивності в дифракційній картині від щілини та непрозорої полоски.

Дифракція Френеля та Фраунгофера. Дифракція Фраунгофера на одній щілині. Роль розмірів джерела. Дифракція Фраунгофера на прямокутному та круглому отворах.. Дифракція Фраунгофера на двох щілинах. Інтерферометр Релея. Дифракційна гратка. Розподіл інтенсивності в дифракційній картині від ступінчатої та синусоїдальної дифракційної гратки. Дисперсія вільний спектральний діапазон та роздільна здатність дифракційної гратки. Похиле падіння, профільовані штрихи. Дифракція електромагнітних хвиль на періодичних двомірних та трьохмірних структурах. Умова Вульфа – Брегга. Лауеграма та Дебаєграма.

Оптичні схеми спектральних приладів. Типи призм, їх дисперсія та роздільна здатність. Прилади високої роздільної здатності та їх застосування. Роздільна здатність телескопа та мікроскопа. Мікроскопія фазового контрасту.

Основи голографії. Запис та відтворення голограмного зображення. Властивості світлочутливих матеріалів. Основні формули голографії. Властивості голограм різних типів. Максимальна дифракційна ефективність плоских голограм. Застосування голографії. Голографічна інтерферометрія. Отримання контурів рельєфу. Передача зображення через фазово неоднорідне середовище.

8. ПОГЛИНАННЯ ТА ДИСПЕРСІЯ СВІТЛА.

Природа елементарних випромінювачів. Звя’зок між явищами поглинаня та дисперсії світла. Класична теорія дисперсії. Формули Зельмейера та Коші. Показники заломлення та поглинання для газів. Нормальна та аномальна дисперсія. Напівширина лінії поглинання. Дисперсія рентгенівських променів. Дисперсія у розрідженій плазмі. Частота колективних коливань заряджених частинок в плазмі, властивості іоносфери. Дисперсія при наявності декількох типів осциляторів. Дисперсія у конденсованому середовищі. Формула Лоренц-Лорентца. Молекулярна рефракція. Дисперсія в провідниках. Формули Друде.