3. Геометрилық оптиканың негізгі заңдары

Геометриялық оптика заңдары жарықтың физикалық табиғаты анықталғаннан әлдеқайда бұрын белгілі болатын.

1. Жарықтың түзусызықты таралу заңы: оптикалық тығыздығы біртекті ортада жарық түзусызықты таралады. Бірақ жарық сәулесі өлшемдері жарықтың толқын ұзындығына шамалас болатын кедергілерден өткен кезде жарық түзусызықты таралу заңынан ауытқиды және жарық сәулесі деген ұғымды қолдануға болмайды. Екі мөлдір ортаның шекарасында жарықтың бір бөлігі шағылуы мүмкін және ол шағылғаннан кейін жаңа бағытпен таралады, ал басқа бөлігі шекарадан өтіп екінші ортада таралуы мүмкін.

2. Жарықтың шағылу заңы: түскен және шағылған сәуле және сәуленің түскен нүктесінде екі ортаның шекарасына тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады (түсу жазықтығы).  шағылу бұрышы  түсу бұрышына тең болады.

3. Жарықтың сыну заңы: түскен және сынған сәуле және сәуленің түскен нүктесінде екі ортаның шекарасына тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады.  түсу бұрышы синусының  сыну бұрышы синусына қатынасы берілген екі орта үшін тұрақты шама болады:

(1)

Сыну заңы Голландия ғалымы В. Снеллиус (1621 ж.) тәжірибе жүзінде тағайындаған.

n тұрақты шама екінші ортаның бірінші ортаға қарағандағы салыстырмалы сыну көрсеткіші деп аталады. Екі ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші олардың абсолют сыну көрсеткіштерінің қатынасына тең:

n = n₂ / n₁ (2)

1 сур. жарықтың шағылу және сыну заңдары бейнеленген. Абсолют сыну көрсеткіші аз ортаны оптикалық тығыздығы аз орта деп атайды. Шағылған және сынған сәулелердің энергия мөлшері сыну коэффициенті мен түсу бұрышына тәуелді болады.

Шағылу және сыну заңдары:

; n₁ sin   n₂ sin .

4.Жарық тәуелсіздігі: яғни бір жарық басқа жарыққа кедергі жасай алмайды, және бір жарық бөлшектері басқа бөлшектерсіз тарала алады. Мысалға жарық жолына мөлдір емес экран қойсақ ол бір бөлігін бөліп алып қалса, қалған бөлігі тәуелсіз еш өзгеріссіз бағытымен тарала береді.

5. Жарықтың қайтымдылығы. Яғни қандай да бір ортадан басқа бір ортаға бір жол жүріп жетсе, соңғы нүктеде ол тура шағылса, ол тура сол жолмен жарық көзіне қайтып келеді.

4. Толық ішкі шағылу құбылысы

Жарық оптикаша тығыздығы артық ортадан оптикаша тығыздығы кем ортаға (абсолют сыну көрсеткіші аз) таралғанда, түсу бұрышының ұлғаюына байланысты, шағылған жарық энергиясының бөліктері де өседі. Бірақ та түсу бұрышының кейбір мәнінен бастап сәуленің барлық жарық энергиясы шекаралық беттен шағылады да жарық бірінші ортадан екінші ортаға өтпейді (толық ішкі шағылу құбылысы). Түскен жарық түгел шағылып, кейін серпіледі. Яғни сыну бұрышы белгілі бір градусқа тең болғандағы бұрыш деп аталады, - толық ішкі шағылу бұрышы. және одан үлкен бұрыштарда толық ішкі шағылу құбылысы байқалады. Яғни жарық тек шағылады, ал сыну бұрышы шекараға паралелль немесе мүлдем жоқ болады.

5. Жазық және сфералық айналардан кескін алу

Жазық айнаға S жарық көзінен жарық түссін. Жазық айнаға түскен SA SB жарық шоқтары суретте көрсетілгендей бағытта шағылады. Суреттегідей С нүктесінде бақылаушы тұрса, ол айнаның артында тұрған S` жарық көзін көреді. Суреттен байқалатындай SO S`O өзара тең, және SS` айнаға перпендикуляр. Сонымен жазық айнадағы бейнелер жорамал болып келеді. Өйткені ол бейнелер жарық жоқ жерлерден шығады. Бейне айнадан және зат айнадан бірдей арақашықтықта орналасады.

Жазық айналардан бөлек сфералық айналар болады. Олар шар тектес беттің бір бөлігі, және дөңес, ойыс болып бөлінеді. Дөңес айнаға параллель жарық шоқтарын түсірейік. Олар айнадан шағылып шашырайды. Сондықтан да дөңес айналарды шашыратқыш деп атайды. Ал ойыс айнаға сол параллель жарық шоқтарын түсірсек, олар бас фокуста жиналады. Осы қасиеті үшін ойыс айналар жинағыш болып аталады. Бұл жердегі F және F` бас фокустары деп аталады. Дөңес айнада ол жорамал, өйткені жарық фокустан өтпейді, ал ойыс айнада ол шын.

6. Жинағыш және шашыратқыш линзалар. Кескін алу.

Линза дегеніміз  - екі жақы сфералық беттермен

шектелген мөлдір дене. Олар шашыратқыш және жинағыш болып келеді.  Жинағыш және шашыратқыш линзаларды сипаттайтын негізгі параметрлер ретінде келесі параметрлерді көрсетсек болады:

6. Линзаның оптикалық центрі, ол линзаның дәл центрінде орналасады.

7. Линзаның оптикалық осьі, ол оптикалық центрден өтіп, линзаның қырларына перпендикуляр болады.

8. Линзаның фокустық арақашықтығы, линзаға қандайда бір параллель жарық шоқтарын түсірген кезде олардың қиылысқан жері фокустық арақашықтығы болады. Ойыс линзада ол жорамал, ал дөңес линзада шын. Дөңес линза үшін F>0, ойыс линзаға F<0.

9. Линзаның оптикалық күші. Фокустық арақашықтыққа кері пропорционал D=1/F. Өлшем бірлігі диоптрия (дптр). Жинақтағыш немесе дөңес линза үшін D>0 , ал шашыратқыш ойыс линза үшін D<0.

10. Линза жасалған оптикалық материалдың сыну көрсеткіші. Жоғарыда айтылғанның барлығы линзаның сыну көрсеткіші ол орналасқан ортаның сыну көрсеткішінен көп болса ғана орындалады.