Ray Optics는 무엇입니까?
일반적으로 기하학적 광학로 알려진 광학 광학은 파도가 아닌 광선으로 간주됩니다. 이것은 우리에게 광학에 관한 계산에서 이점을 제공합니다. 빛을 광선으로 고려함으로써 간단한 형상을 사용하여 특정 빛의 특성을 계산할 수 있습니다. Ray Optics를 사용하여 반사, 굴절, 흡수 등과 같은 특정 빛의 특성을 설명 할 수 있습니다.
여기서 빛을 나타내는 데 사용하는 광선은 빛의 파면에 수직 인 방향을 가진 직선 또는 곡선 일 수 있습니다.
역사
광학로 알려진 빛에 대한 연구는 고대 이집트의 렌즈 개발로 시작되었고 고대 로마 제국의 기하학적 광학의 발달로 시작되었습니다. 광학이라는 용어는 그리스어 'Optica'라는 용어에서 유래하며, 이는 외관이나 외모로 느슨하게 해석됩니다. 광학의 초기 연구는 일반적으로 고전 광학이라고하며, 파도 및 양자 광학을 포함한 광학에 대한 현재의 연구를 현대 광학이라고합니다.
반사
반사는 Ray Optics의 주요 장 중 하나입니다. 반사는 빛이 표면에 닿을 때 발생합니다. 예를 들어, 평면 거울에 의한 빛의 반사. 빛의 반사 특성은 반사 법에 의해 지배됩니다. 성찰의 법칙은 다음과 같은 것을 나타냅니다.
1. 발병 각도와 표면에 대한 정상과의 반사 각도는 항상 동일합니다.
2. 사고와 반사 광선은 항상 같은 평면에 있습니다.
이것은 간단한 지오메트리를 사용하여 수학적으로 표현할 수 있습니다. 그러나 불규칙하거나 곡선 표면의 경우, 우리는 반사 특성을 모델링하기 위해 Ray Tracing과 위법을 사용해야합니다.
굴절
굴절은 빛이 굽히는 현상입니다. 빛의 굽힘 현상은 빛이 굴절률이 변화하는 매체로 이동할 때 빛을 굽히는 현상입니다. Snell의 법칙을 사용하여 설명 할 수 있는데, 이는 광선이 굴절률 N1의 매체에서 각도 I에서 굴절률 N2의 매체로 전달되면 굴절 각도는 관계
에 의해 주어진다는 것을 나타냅니다.I sin (n1) =r sin (n2)
Fermat 's Principle
광선 광학의 주요 기둥 중 하나는 Fermat의 원리의 개념으로, 한 지점에서 다른 지점으로 이동하기 위해 광선이 광선으로 가로 지르는 광선 길이는 특정 정규 인근의 경로와 비교할 때 극단 (최대, 최소 또는 정지)이라고 명시하고 있습니다. 여기서 일반 동네의 조건은 경로 차이가 경로 길이 자체에 비해 무시할 수 있어야한다는 것입니다.
Fermat의 원리의 틀은 역학의 변형 원리에서 비롯됩니다.
Fermat의 원칙에 대한 중요한 것은 Fermat의 원리를 사용하여 Snell의 정리와 같은 다른 이론을 증명할 수 있다는 것입니다.
한 매체에서 다른 매체로 이동하는 광선을 고려하십시오. 여기에 우리는 한 매체에서 다른 매체로 전달되는 빛의 광선이 있으며 표면에 표면에 정상 I가있는 각도로 표면에 입사합니다. 이 빛의 광선은 각도 r에서 굴절됩니다. 이제 빛의 광선의 표면에서 거리 H1과 H2에서 각각 두 개의 점 A와 B를 고려해 봅시다. 이제 N1과 N2가 두 매체의 굴절률이되도록하십시오.
이제 a와 b 사이의 광 경로 길이는
로 쓸 수 있습니다.l =n1 (ao) + n2 (ob)
그러므로 피타고라스 정리를 사용하여 그림에서 쓸 수 있습니다.
l =n1 (h12 + x2) 1/2 + n2 (h22 + (d-x) 2) ½
이제 Fermat의 원칙에 따라 x의 함수로서의 값은 극도입니다. 그래서 우리가 x와 관련하여 L을 차별화하면 0이됩니다.
d ld x =0
⇒ d ld x =(n1x/(h12 + x2) ½)-(n2 (d-x)/(h22 + (d-x) 2) ½) =0
⇒ n1sin (i) -n2sin (r) =0
⇒ n1sin (i) =n2sin (r)
이것은 Snell의 법칙에 대한 방정식입니다.
참고 :매체 v에서의 빛의 속도와 굴절률 N은
에 의해 주어집니다.v =c / n
여기서, C는 여유 공간에서 빛의 속도입니다.
매트릭스 방법
Ray Optics에서 매트릭스 방법은 광선의 번역, 반사 및 굴절의 특성을 분석하는 데 사용되는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다. 이 방법을 사용하면 Ray Optics와 관련된 많은 중요한 방정식을 도출 할 수 있습니다.
행렬 메소드의 일반적인 형태는
입니다.(output ray) =(시스템 매트릭스) (입력 행렬)
결론
Ray Optics는 양자 역학과 파도의 영역에 들어 가지 않고 빛의 본질을 이해하는 데 도움이됩니다. 형상을 사용하여 광선의 경로를 이해할 수 있습니다. Fermat의 원칙, Snell의 법칙 등과 같은 이론은 표면과의 상호 작용에 대한 빛의 본질을 이해하는 데 도움이됩니다. Snell의 법칙은 Fermat의 원칙을 사용하여 도출 될 수 있습니다. Snell의 법칙은 렌즈와 그 특성을 연구하는 데 사용될 수 있습니다. 매체의 빛의 속도는 재료의 굴절률에 의해 지배됩니다.
