Оптика

света, а также его взаимодействие с веществом.

Свет — это электромагнитная

волна, т.е. взаимосвязанное распространение в пространстве изменяющихся по гармоническому закону электрического и магнитного полей.

луч представляется в виде прямой лини, вдоль которой распространяется энергия

световой волны.
В геометрической оптике не учитывается волновая природа электромагнитных волн, и связанные с ней явления интерференции и дифракции.
Геометрическая оптика соответствует предельному случаю малых длин волн, т.е. λ→0.

в одной плоскости с нормалью к границе раздела в точке

падения.
Угол падения равен углу отражения.
Углы падения и преломления связаны следующим отношением (закон Снеллиуса):

n – показатель преломления вещества

угол θ), то происходит полное внутреннее отражение
Отражение рыбы
от поверхности

воды

Отражение лазерного луча

Световоды

Отражение от нагретого воздуха

меньше расстояния между предметом и изображением
В зависимости от выпуклости/вогнутости преломляющей

поверхности, линзы могут быть собирающими и рассеивающими.
Собирающая линза создает действительное изображение, рассеивающая — мнимое.
Ход лучей в линзе обратим

проходящая через центры кривизны
Оптический центр — центральная точка О, через

которую лучи походят, не изменяя направление
Фокус (F) — точка на главной оптической оси, в которой пересекаются после преломления лучи (или их продолжения), падающие на линзу параллельно главной оптической оси. У линзы два фокуса: передний, со стороны объекта, и задний, со стороны, противоположной объекту.

оптического центра (точка О) до фокуса. У собирающей линзы F > 0, у

рассеивающей F < 0.
Фокальная плоскость — плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно оптической оси.
Оптическая сила — величина, обратная фокусному расстоянию: D =1/F

где R1 и R2 — радиусы кривизны поверхностей,
n – показатель преломления материала линзы.

фокусе.
Лучи, проходящие через оптический центр линзы, не преломляются.
Параллельные лучи, один

из которых проходит через центр линзы, пересекаются в фокальной плоскости.

F1

F

O

A

более 2f
F2
F
O
Изображение действительное, перевернутое, уменьшенное
F1
2f

f и 2f
F2
F
O
Изображение действительное, перевернутое, увеличенное
F1
2f

f
F
O
Изображение мнимое, прямое, увеличенное
F1
f
Так мы видим когда смотрим через лупу

даваемого линзой
Параксиальные лучи – это лучи, составляющие небольшие углы с

главной осью линзы.

Рассматривая в общем случае и непараксиальные лучи, а также разные углы преломления для лучей света разных длин волн (дисперсия), получим, что точка предмета не всегда дает точечное изображение, что является причиной аберраций.

к оптической оси.
Сферическая аберрация, Кома, Астигматизм, Дисторсия
Хроматические – вызываемые

волновой природой света и, как следствие, явлениями дисперсии и дифракции.
Хроматизм положения, Хроматизм увеличения

получается в виде размытого пятна. Изображение предмета размыто.

продольная сферическая аберрация; δg'  — поперечная сферическая аберрация.

Лучи, приходящие под углом к оптической оси не собираются в

одной точке, а дают изображение в виде «летящей кометы»

образуемое узким пучком лучей, представляет собой два отрезка прямой, расположенные

перпендикулярно друг другу на разных расстояниях от плоскости безаберрационного фокуса.
Астигматизм возникает вследствие того, что лучи наклонного пучка имеют различные точки сходимости — точки меридионального (тангенциального) или сагиттального фокусов бесконечно тонкого наклонного пучка.
Меридиональная плоскость – любая, содержащая главную оптическую ось. Сагиттальная – плоскость, перпендикулярная меридиональной

то говорят о положительном астигматизме, а если дальше, то об

отрицательном.
Астигматизм исправляется сложной системой линз

предмета, находящихся на различном расстоянии от главной оптической оси.

Предметы размыты и окрашены из-за дисперсии света.
Делятся на:
Аберрации

положения
Аберрации увеличения

дисперсию. Разность фокусных расстояний этих лучей называется хроматизмом положения.
Исправляется

системой линз, компенсирующих дисперсию.
Лучи разных цветов дают изображение разного размера – хроматизм увеличения.
Оптические системы с исправленной геометрической и хроматической аберрацией называются ахроматами.

центры которых лежат на одной оптической оси.
Оптическая система идеальна, если

каждой точке или линии предмета соответствует точка или линия изображения. Соответствующие пары точек и линий называются сопряженными.
Понятия фокуса и фокальной плоскости аналогичны соответствующим понятиям для линзы.
Две сопряженные плоскости, перпендикулярные оптической оси, линейное увеличение для которых равно единице, называются главными. Точки пересечения главных плоскостей с оптической осью также главные.

соответствующими главными точками называются фокусными расстояниями.
Главные точки и фокусы называют

кардинальными точками, а соответствующие плоскости – кардинальными плоскостями.
Узловые точки – это такие сопряженные точки, что луч, проходящий через переднюю узловую точку и образующий с осью угол α, после преломления проходит через заднюю узловую точку и образует с осью тот же угол α.
Если значения показателей преломления сред по обе стороны оптической системы одинаковы, то узловые точки совпадают с главными. 
Таким образом, оптическая система характеризуется шестью кардинальными точками и шестью кардинальными плоскостями.