Modèle géométrique de la lumière
Dans l`optique physique, la lumière est considérée comme une propagation comme une vague. Ce modèle prédit des phénomènes tels que l`interférence et la diffraction, qui ne sont pas expliqués par des optiques géométriques. La vitesse des ondes lumineuses dans l`air est d`environ 3,0 × 108 m/s (exactement 299 792 458 m/s dans le vide). La longueur d`onde des ondes lumineuses visibles varie entre 400 et 700 nm, mais le terme «lumière» est également souvent appliqué à l`infrarouge (0,7 – 300 μm) et au rayonnement ultraviolet (10 – 400 nm). L`effet Kapitsa – Dirac provoque des faisceaux de particules à diffragir comme le résultat de la rencontre d`une vague de lumière debout. La lumière peut être utilisée pour positionner la matière à l`aide de divers phénomènes (voir pincettes optiques). Certains phénomènes dépendent du fait que la lumière a des propriétés à la fois onduleuse et particulaire. L`explication de ces effets nécessite une mécanique quantique. Lorsque l`on considère les propriétés de la lumière comme des particules, la lumière est modélisée comme une collection de particules appelées «photons». L`optique quantique traite de l`application de la mécanique quantique aux systèmes optiques. De nombreuses approximations simplifiées sont disponibles pour l`analyse et la conception de systèmes optiques. La plupart d`entre eux utilisent une seule quantité scalaire pour représenter le champ électrique de l`onde lumineuse, plutôt que d`utiliser un modèle vectoriel avec des vecteurs magnétiques et électriques orthogonaux.
[47] l`équation de Huygens – Fresnel est l`un de ces modèles. Cela a été dérivé empiriquement par Fresnel en 1815, selon l`hypothèse de Huygens que chaque point sur un front d`onde génère un front d`onde sphérique secondaire, qui Fresnel combiné avec le principe de superposition des vagues. L`équation de diffraction de Kirchhoff, qui est dérivée à l`aide des équations de Maxwell, met l`équation de Huygens-Fresnel sur une Fondation physique plus ferme. On trouvera des exemples de l`application du principe de Huygens – Fresnel dans les sections sur la diffraction et la diffraction de Fraunhofer. Cette équation est légèrement modifiée pour tenir compte d`une variété de situations telles que la diffraction à travers un seul intervalle, la diffraction par des fentes multiples, ou la diffraction à travers un réseau de diffraction qui contient un grand nombre de fentes à un espacement égal. [58] des modèles plus compliqués de diffraction exigent de travailler avec les mathématiques de Fresnel ou de la diffraction de Fraunhofer. [59] le modèle de vague peut être utilisé pour faire des prédictions sur la façon dont un système optique se comportera sans nécessiter une explication de ce qui est «ondulation» dans quel médium. Jusqu`au milieu du XIXe siècle, la plupart des physiciens croyaient en un milieu «éthésien» dans lequel les perturbations de la lumière se propageaient. [45] l`existence d`ondes électromagnétiques a été prédite en 1865 par les équations de Maxwell. Ces vagues se propagent à la vitesse de la lumière et ont des champs électriques et magnétiques variables qui sont orthogonales les unes aux autres, et aussi à la direction de propagation des vagues.
[46] les ondes lumineuses sont maintenant généralement traitées comme des ondes électromagnétiques, sauf lorsque des effets mécaniques quantiques doivent être envisagés. L`œil humain fonctionne en focalisant la lumière sur une couche de cellules photoréceptrices appelées la rétine, qui forme la paroi interne de l`arrière de l`œil. La mise au point est réalisée par une série de médias transparents. La lumière pénétrant dans l`œil passe d`abord par la cornée, ce qui procure une grande partie de la puissance optique de l`œil. La lumière continue ensuite à travers le fluide juste derrière la cornée — la chambre antérieure, puis traverse l`élève. La lumière passe ensuite à travers la lentille, qui concentre la lumière plus loin et permet l`ajustement de la mise au point. La lumière traverse ensuite le corps principal du fluide dans l`œil, l`humour vitreux, et atteint la rétine. Les cellules de la rétine s`alignent à l`arrière de l`œil, à l`exception de l`endroit où le nerf optique sort; Cela se traduit par un angle mort. L`optique géométrique est souvent simplifiée en rendant l`approximation paraxiale, ou “petit angle approximation”. Le comportement mathématique devient alors linéaire, permettant aux composants optiques et aux systèmes d`être décrits par des matrices simples. Cela conduit à des techniques d`optique gaussienne et de traçage de rayons paraxiaux, qui sont utilisés pour trouver les propriétés de base des systèmes optiques, tels que les positions approximatives d`image et d`objet et les grossissements.
[2] l`optique géométrique peut être considérée comme une approximation de l`optique physique qui s`applique lorsque la longueur d`onde de la lumière utilisée est beaucoup plus petite que la taille des éléments optiques dans le système modélisé.