Волновая оптика

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА, раздел физической оптики, изучающий явления, связанные с волновой природой света. Волновой характер распространения света был установлен ещё Х. Гюйгенсом во 2-й половине 17 века. Существенное развитие волновая оптика получила в исследованиях Т. Юнга, О. Френеля, Д. Араго, когда были проведены опыты, позволившие не только наблюдать, но и объяснить интерференцию, дифракцию и поляризацию света, что не могла объяснить геометрическая оптика. Волновая  оптика рассматривает распространение световых волн в различных средах, отражение и преломление света на границах сред (смотри Френеля формулы), дисперсию и рассеяние света в веществе и др. Световые волны, представляющие собой колебания электромагнитного поля, описываются общими уравнениями классической электродинамики (смотри Максвелла уравнения). Эти уравнения дополняются уравнениями квантовой механики, связывающими величины диэлектрической и магнитной проницаемости с молекулярным строением и свойствами вещества. Такой подход позволяет изучать волновые оптические явления в различных средах (смотри Кристаллооптика, Магнитооптика, Молекулярная оптика). Особенности распространения световых волн в движущихся средах (смотри Электродинамика движущихся сред), а также в сильных гравитационных полях объясняются в специальной и общей относительности теории. Волновая  оптика, использующая классическое описание светового поля, не в состоянии дать последовательного объяснения процессов испускания и поглощения света, которое требует введения представлений о квантах света - фотонах (смотри Квантовая оптика, Корпускулярно-волновой дуализм). Ряд задач волновой оптики решается и при более простом описании светового поля с помощью волнового уравнения.

Волновая  оптика устанавливает границы применимости геометрической оптики, даёт математическое обоснование используемых в ней соотношений (уравнение эйконала, Ферма принцип и др.). В промежуточной области, когда длина волны света значительно меньше геометрических размеров оптической системы, но вместе с тем дифракционные искажения пучков являются существенными, применяются методы квазиоптики.

Волновые явления в нелинейных средах рассматриваются в нелинейной оптике. Распространение световых волн в случайно-неоднородных средах, в том числе в атмосфере, исследуется методами статистической оптики. Современная волновая оптика изучает формирование когерентных световых пучков в оптических резонаторах лазеров и преобразование пучков методами голографии, фурье-оптики и адаптивной оптики. Быстро развивающимися направлениями являются также исследования нелинейных оптических явлений в волоконных световодах (смотри Волоконная оптика) и в планарных (плёночных) оптических системах (смотри Интегральная оптика).

Лит. смотри при ст. Оптика.

А. И. Одинцов.