はじめに
波と光線の間のリンクは、波動光学の主題です 、物理光学とも呼ばれます。光の波動特性を考慮する場合に利用します。偏光、回折、干渉など、幾何光学を光線で表すことができない場合のさまざまな現象の研究に関係しています。
光の挙動とその波動特性を扱う光学の一分野は、波動光学として知られています。 .波動を研究し分析するとき、ホイヘンスの原理は覚えておくべき最も重要な原理の 1 つです。ホイヘンスの概念は本質的に、波動の理解と記述に役立ちます。
本文
波動光学理論
アイザック・ニュートン卿の粒子理論によると、「光は、光源から非常に高速で移動し、目の網膜で反射することによって視覚感覚を生み出す小体と呼ばれる信じられないほど小さな粒子で構成されています。」ニュートンの粒子理論は、密度の高い媒質中の光の速度が真空中よりも遅い理由を説明できなかったというものでした.
クリストファー・ホイヘンスが 18 世紀初頭に光の波動理論を発表するまで、誰もニュートンの粒子仮説にあえて異議を唱えませんでした。光は、ホイヘンスの仮説によれば、宇宙のどこにでも存在する希薄で弾性の高い媒体を伝わる波で構成されています。」この媒体はエーテルです。
ホイヘンス波動理論
ホイヘンスは波動理論を提唱しました。彼は、光は波の形で伝わると主張しました。彼の理論では、「波面波面 を形成します .」
同じ媒質内では、これらの二次ウェーブレットは光速で伝播します。 波面 振動位相が一定である実数または虚数の表面です。
しかし、この説明は、そもそもなぜ屈折が起こったのかを説明していません。
第二に、光がその経路に沿ってどのようにエネルギーを伝達するかを知ることができませんでした。
ホイヘンスの二次ウェーブレット原理 – ステートメント
ホイヘンスの原理 一般にホイヘンス-フレネルの原理として知られる は、 波面 上の各点が 二次ウェーブレットまたは擾乱を生成します。さらに、二次発生源による擾乱は、一次発生源による擾乱と同じように全方向に広がります。原則は次のようにも述べています
- 二次ソースは、一次ソースによって生成されたものと同一の独自のウェーブレットを生成し始めます。
- 任意の時点で、前方方向のウェーブレットの共通接線が新しい波面を生成します。
- 波面 球状ウェーブレットの合計によって形成されます。
ホイヘンスの原理を用いた平面波の屈折
下の図に示すように、表面に入射する平面波面 AB を考えてみましょう。 v1 と v2 をそれぞれ媒質 1 と 2 の入射光線速度と屈折光線速度とする (v1>v2)。波の速度は媒質によって決まります。二次球状ウェーブレットのソースは、ホイヘンスの原理に由来します A と C。B から C に到達するのにかかる時間を t とします。
その結果、BC =v1t in medium 1
屈折波面の形状を計算するために、第 2 媒質の点 A から半径 v2t の球を描きます。時間 t では、二次球面 波面 を表します .
媒体 2 では、AD =v2t.
点 C から球への接線は CD です。屈折した 波面 したがって、AD と CD です。
ホイヘンスの原理に基づく屈折の法則
ここで、ΔABC と ΔADC を考えてみましょう
Sini / Sinr =(BC/AC) / (AD/AC)
=紀元前/西暦
=v1t/v2t
=v1/v2
=µ (媒質の屈折率)
その結果、ホイヘンスの 原理 スネルの屈折の法則を証明するために使用されます。インシデントの波面 、屈折 波面 、通常の 波面
ホイヘンスの原理を利用した光の反射
反射面に当たる平面波 AB を見てください。入射 波面 は、入射光線に垂直に描かれた AB で表されます。表面では、角度 i で落下します。 ホイヘンスの原理に従って、AB 上のすべての点が 2 次ウェーブレットのソースとして機能します。 点 A と点 B を二次波の新たな発生源と見なします。
波の伝播速度は文字「v」で表されます。「t」がかかる時間であるとしましょう。 vt は二次ウェーブレットが移動した距離であると仮定します。二次波はAA1とBEです。新しい ウェーブフロント 2 つの二次波を結ぶ接線になるはずです。反射波は、新しい 波面 に面する必要があります。 垂直に。二次ウェーブレットを結ぶ新しい接線は A1E です。
ホイヘンスの原理に基づく反射法則
ΔABE と ΔAA1E を考えてみましょう。ここでは AE が一般的です。
AA1 =BE.
これらは合同な三角形です。
つまり
これが反省の第一法則です。
インシデント波面 、反射波面 、および通常の波面 、すべてが同じ平面内の反射面と平行になります。これは、反射の第 2 法則をもう一度証明します。その結果、 ホイヘンスの原理 反射の 2 つの法則を確認しました。
波面
同じ位相で振動する媒体のすべてのポイントの位置は、波面として特徴付けられます。
- 波面の形状 擾乱源の形状によって決まります。
- A 波面 は常に光線に対して垂直であり、後方に伝搬することはありません。
波面 光源の形状に応じて、3 種類のいずれかになります。
球面波面: – 波面 点光源から出てくる光は球形です。
円柱波面
波面 光源が直線の場合、円筒形になります。ソースはすべての場所から等距離にあります。
平面波面
波面 非常に遠くの光源から発生する光はフラットです。平面 波面 の振幅 波面の強度は一定のままです
3 種類の 波面 さまざまな適性と強度があります。
| 波面の種類 | 振幅 | 強度 |
| 球面波面 | A ∝ 1/r | 私 ∝ 1/r2 |
| 平面波面 | A ∝ r0 | 私∝r0 |
| 円柱波面 | A ∝ 1/√r | 私 ∝ 1/r |
結論
ホイヘンスの原理によると 、波面上のすべてのポイントはウェーブレットのジェネレーターです。ソース波と同じレートで、これらのウェーブレットは順方向に拡張します。新しい ウェーブフロント すべてのウェーブレットに平行に走る直線です。 波面 i 光波の位相が一定のままである表面です。
プリンシパルの結果は次のとおりです。
- ホイヘンス波動理論 光の反射の概念を確立しました。
- このアイデアは、光の屈折の概念も支持しました。
- 光の干渉の概念と光の回折の概念の両方が証明されました。
