Глава XIV. Дифракция света

§ 128. Пучки лучей и форма волновой поверхности

Для очень большого круга вопросов, где успешно применялись построения геометрической оптики, Мы характеризовали распространение света при помощи лучей. Образование параллельного пучка лучей означало, что световая энергия распространяется лишь по направлению этого пучка, не рассеиваясь в стороны, так что освещенность поверхности, на которую падает свет, остается неизменной на любом расстоянии от источника. Расходящийся пучок лучей означал распределение света по возрастающей поверхности, так что освещенность уменьшалась обратно пропорционально квадрату расстояния от точки, из которой расходятся лучи (вершина пучка). Наоборот, сходящийся пучок лучей означал возрастание освещенности по мере приближения к точке схождения лучей. Роль оптических систем сводилась к преобразованию формы волновых фронтов.

С точки зрения волновых представлений распространение света есть распространение волн, а роль лучей играют линии, перпендикулярные к поверхности фронта волны. Характер распространения света задается формой фронта волны (волновой поверхностью). Так, параллельный пучок лучей соответствует плоской волне, фронт которой имеет форму плоскости, перемещающейся параллельно самой себе. Сходящиеся в точке или расходящиеся из точки пучки соответствуют сферическим волновым поверхностям, центр которых лежит в точке схождения или расхождения лучей. Изменение кривизны фронта волны означает изменение угла схождения лучей.

Таким образом, прохождение волны через систему линз или зеркал сводится к изменению формы ее фронта (рис. 270).

Рис. 270. Изменение формы фронта волны при прохождении через линзу

Влияние отражения от разных поверхностей на форму фронта волны хорошо иллюстрируется на ряде снимков, приведенных на рис. 271 и изображающих отражение звукового импульса в воздухе. Аналогичные картины могут быть без труда получены и при наблюдении преломленных волн.

Рис.  271. Изменение формы фронта волны при отражении (фотографии звуковой волны в воздухе: 1 — падающая волна, 2 — отраженная волна). Отражение сферической волны от: а) плоского зеркала — кривизна фронта волны неизменна; б) выпуклого зеркала — кривизна фронта волны увеличивается; в) параболического зеркала (источник — в фокусе зеркала) — фронт волны становится плоским; г) эллиптического зеркала (источник — в фокусе  зеркала) — волна сходится в фокусе