Геометриялық оптика — бөлім оптика зерттейтін заңдар тарату жарықтың мөлдір ортада көрсетуге жарық от қарама-қарсы-көрсететін беттерді және құру принциптері суреттер өту кезінде жарықтың оптикалық жүйелерде есепке алмай, оның толқындық қасиеттері.

Негізгі ұғым геометриялық оптика — жарық сәуле. Бұл ретте мынаны атап ағынының бағыты лучистой энергии (барысы, жарық сәуленің) тәуелді емес көлденең мөлшерін сәулесі жарық.

Геометриялық оптика заңдары болып табылады жеке шекті жағдайы неғұрлым жалпы заңдары толқындық оптика, шекті жағдайда ұмтылысын ұзындығы жарық толқындарының пайда болады. Өйткені жарық физикалық болып табылады таралуын электромагниттік толқындар жүреді, интерференция нәтижесінде шектеулі байламы жарық қолданылады емес, қандай да бір бағытта, ал бар түпкі бұрыштық бөлу, яғни дифракциясы байқалады. Интерференция және дифракция тыс пәнін зерделеу оптикалық қасиеттерін оптикалық жүйелердің құралдарымен геометриялық оптика. Алайда, жағдайларда, тән көлденең өлшемдері пучков жарық жеткілікті салыстырғанда толқын ұзындығы болады елемеуге дифракциялық расходимостью сәулесі мен жарық деп жарық сәулелері таралады отрезкам тікелей, сыну немесе көрсету.

Геометриялық оптика толық сипаттайды оптикалық құбылыстар бола отырып, жеңілдету неғұрлым жалпы толқындық оптикалық теориясы. Бірақ кеңінен қолданылады, мысалы, есептеу кезінде оптикалық жүйелер, өйткені оның заңдар математикалық неғұрлым қарапайым салыстырғанда обобщающими волновыми заңдарында айтарлықтай төмендетеді математикалық қиындықтарды талдау мен синтездеу кезінде оптикалық жүйелер. Шамамен ұқсастығы арасындағы геометриялық және толқындық оптиками – арасындағы ньютоновской механикой және жалпы салыстырмалық теориясы.

Басқа пренебрежения волновыми әсерлерімен геометриялық оптика, сондай-ақ адамды квантовыми құбылыстар. Геометриялық оптика таралу жылдамдығы жарық болып саналады шексіз (сондықтан динамикалық физикалық міндеті айналады таза геометриялық), бірақ түпкілікті есеп жарық жылдамдығының шеңберінде геометриялық оптика (мысалы, астрофизикалық-қосымшаларында көрсетілген) ұсынады математикалық қиындықтар. Сонымен қатар, әдетте, қарастырылмайды байланысты әсерлер ықпалымен өту жарық арқылы оптикалық ортаның, мысалы, өзгерту көрсеткішінің сыну ортаның әсерінен қуатты сәуле. Бұл әсерлер, тіпті формальды жатқан шеңберінде геометриялық оптика жатады, бейсызық оптика. Жағдайда қарқындылығы жарық сәулесі, распространяющегося осы ортаға, айтарлықтай аз болу үшін, қалай елемеуге нелинейными әсерлер, геометриялық оптика негізделген жалпы барлық бөлімдері үшін оптика фундаментальном туралы заңда тәуелсіз таралуы сәулесінің (суперпозиция принципі).

Осы қағидатқа сәйкес, сәулесі жарық ортада емес, өзара іс-қимыл жасайды. Геометриялық оптика жоқ, осындай ұғымдарды, амплитудасы, жиілігі, фазасы және түрі поляризация жарық сәуле, бірақ сызықтық толқындық оптика постулируют суперпозиция принципі. Басқа сөзбен айтқанда, сызықтық толқындық оптика, геометриялық оптика деп қабылданады сәулелері жарық және оптикалық толқын емес, бір-біріне ықпал етеді және қарамастан қолданылады.

Геометриялық оптика заңдары[היום-מחר
Негізінде геометриялық оптика жатыр бірнеше қарапайым эмпирикалық заңдар:

Заң түзу сызықты таралу жарық
Заң тәуелсіз таралу сәулелерінің
Заң отражения света
Заң сыну Заңы Снеллиуса, немесе Снелла)
Заң обратимости жарық сәуленің. Оған сәйкес, луч света, распространившийся бойынша белгілі бір траекториясын бір бағытта, повторит өз барысын дәлдік тарату кезінде және кері бағытта.
Өйткені геометриялық оптика ескермейді толқындық табиғатын жарықтың, онда жұмыс істейді жорамал оған сәйкес, егер қандай да бір нүктесінде шелер екі (немесе көбірек) жүйелерін сәулелер онда жарықтың құрылатын өздері қалыптасады.

Алайда, неғұрлым дәйекті түрде шығару болып табылады заңдары, геометриялық оптика келген толқындық оптика эйкональном жақындауы. Бұл жағдайда, негізгі уравнением геометриялық оптика айналады теңдеуі эйконала жол беретін, сондай-ақ словесную түсіндіру түрінде принципін Ферма, оның ішінде шығарылады жоғарыда аталған заңдар.

Жекеше түрі, геометриялық оптика болып табылады матрицалық оптика.

Бөлімдер геометриялық оптика[היום-מחר
Арасында бөлімнен геометриялық оптика айта кету керек

есептеу оптикалық жүйелерді параксиальном жақындауы
жарықтың таралуы тыс параксиального жақындау қалыптастыру, каустик және өзге де ерекшеліктерін жарық етті.
тарату жарықтың біртекті емес және неизотропных орталарда (градиентная оптика)
жарықтың шашырауы волноводах және оптоволокне
жарықтың таралуы гравитациялық өрістерде жаппай астрофизикалық объектілер гравитациялық линзирование.
Зерттеу тарихы[өңдеу | қайнарын қарау]
Евклид “Оптика” көрсетті прямолинейность жарықтың таралу.

Клавдий Птолемей зерттеген преломление света шекарасындағы ауа—су, ауа—шыны.

Үлкен рөл атқаратын оптика, ғылым ретінде, ойнады ғалымдар Шығыс, атап айтқанда, ғалымдар Парсы Бахманяр әл Азербайджани және Насреддин Туси. Олар сондай-ақ болған өз көзқарас, табиғатқа жарық және көрсеткен, бұл жарық бар қасиеті ретінде толқындар, сондай-ақ қасиеттері бөлшектер ағынының.

Араб ғалымы Ибн әл-Хайсам (Әл-Гасан) зерттеді заңдар сыну және шағылу жарық. Ол алғашқылардың бірі болып айтты деген ой көзі сәулелерінің болып табылады көз, ал жанатын заттар. Ол сондай-ақ дәлелдеді сурет пәнінің туындайды хрусталике көз. Ол білді алуға сурет заттардың жазық, дөңес, вогнутых, цилиндрлі әйнектеріне және линзах; көрсеткендей, дөңес линза береді үлкейтілген бейнесі.

Иоганн Кеплер в “трактатында Толықтырулар Виттелию” (“Оптикалық астрономия”, 1604) негіздерін, геометриялық оптика, белгілеп берді заңы туралы кері пропорционалды байланысты жарықтандыру және шаршының арақашықтық көзі.

Виллеброрд Снелл 1621 жылы ашқан заңы сыну заңы Снеллиуса). 

Заң түзу сызықты таралу жарық: оптикалық біркелкі ортада жарық қолданылады түсінікті жасаңыз. Тәжірибелі дәлел, осы заңның бола алады қатал қабақ, отбрасываемые непрозрачными тұрғыдан зерттеледі жарықтандыру кезінде жарық көзі жеткілікті шағын мөлшерін (“нүктелі көзі”). Басқа дәлел бола алады белгілі тәжірибе өту бойынша жарық далекого көзі арқылы шағын тесік бар, соның нәтижесінде құрылады жіңішке жарық байламы. Бұл тәжірибе әкеледі ұсынуы туралы световом луче ретінде геометриялық сызықтар, оның бойына қолданылады жарық. Айта кету керек, заң түзу сызықты таралу жарық бұзылады және түсінігі жарық сәуленің мағынасын жоғалтады, егер жарық арқылы өтеді шағын тесіктері, олардың мөлшері бастыға шаққандағы толқын ұзындығы. Осылайша, геометриялық оптика, опирающаяся на ұсыну туралы жарық сәуледе бар шекті жағдай толқындық оптика кезінде λ → 0. Қолданылу шекарасы геометриялық оптика қаралады бөлу туралы дифракция света.

Бөлу шекарасында екі мөлдір ортаның жарық мүмкін ішінара әсер етуі мүмкін, сондықтан бөлігі жарық энергиясы таралатын болады кейін көрсету бойынша жаңа бағыт, ал бір бөлігі өтеді шекарасы арқылы жалғастырады таратылатын екінші ортаға.

Заң отражения света: падающий және шағылысқан сәулелер, сондай-ақ перпендикуляр шекарасына бөлімнің екі ортаның, қалпына келтірілген нүктесінде сәуленің құлау, жатыр бір жазықтықта (жазықтық құлау). Бұрышы көрсету γ тең құлау бұрышы α.

Заң сыну: падающий және преломленный сәулелер, сондай-ақ перпендикуляр шекарасына бөлімнің екі ортаның, қалпына келтірілген нүктесінде сәуленің құлау, жатыр бір жазықтықта. Қатынасы синуса құлау бұрышын α – синусу сыну бұрышының β бар, шамасы, тұрақты үшін екі деректер орталар: 

Ортаға аз абсолюттік сыну көрсеткіші деп аталады оптикалық кем тығыз.

Көшу кезінде жарықтың оптикалық неғұрлым тығыз ортадан оптикалық кем тығыз n2 < n1 (мысалы, шыныдан ауаға) байқауға болады құбылыс толық көрсетуге, яғни жоғалуы преломленного сәуле. Бұл құбылыс байқалады бұрыштары кезінде құлау асатын біршама сыни бұрышы апр, деп аталатын шекті бұрышы толық ішкі шағылу (суретті қараңыз). 3.1.2).

Үшін құлау бұрышын α = қаз sin β = 1; sin мәні апр = n2 / n1 < 1.

Егер екінші ортасы болып табылады ауа (n2 ≈ 1), онда формуланы ыңғайлы жазып түрінде
sin апр = 1 / n,
мұндағы n = n1 > 1 – абсолюттік сыну көрсеткіші бірінші орта.

Үшін бөлу шекарасына шыны–ауа (n = 1,5) сыни бұрышы тең апр = 42°, шекарасы су–ауа (n = 1,33) қаз = 48,7°.
Сурет 3.1.2.
Толық ішкі шағылысу шекарасындағы су–ауа; S – нүктелік жарық көзі
Құбылыс толық ішкі шағылу қолданыс табады көптеген оптикалық құрылғылар. Ең қызықты және іс жүзінде маңызды қолдану арқылы құру болып табылады талшықты жарық өткізгіштерді білдіретін жұқа (бірнеше микрометр дейін миллиметр) еркін иілген жіптер оптикалық мөлдір материалдан (шыны, кварц). Жарық, попадающий арналған бүйір жағы световода, қолданылуы мүмкін, ол бойынша үлкен қашықтыққа есебінен толық ішкі шағылу жылғы бүйір бетінің (сурет 3.1.3). Ғылыми-техникалық бағыт айналысатын әзірлеумен және қолданумен оптикалық жарық өткізгіштерді … деп аталады талшықты оптикой.