Рассмотрим основные принципы действия простейших оптических приборов на основе геометрической оптики. 

Лупа.  Лупой называют собирающую линзу, с помощью которой рассматривают мелкие предметы. Лупа даёт увеличенное изображение предмета, которое  можно рассмотреть простым глазом. При   рассматривании предмета в лупу предмет помещают на расстоянии, меньшем фокусного расстояния лупы, d<F, и  располагают относительно лупы так, чтобы изображение A'B' фокусировалось на расстоянии лучшего видения от глаза, располагаемого вблизи лупы. Если бы сам предмет располагался на таком расстоянии от лупы, то угол зрения α был бы меньше угла зрения β при рассматривании изображения предмета в лупу. Увеличение, даваемое лупой, легко определить. Расстояние D изображения A'B' от центра лупы примерно равно расстоянию лучшего видения, т.е. 25 см. Расстояние предмета от центра лупы примерно равно фокусному расстоянию лупы. Поэтому увеличение лупы равно K = 25/F , где F - фокусное расстояние лупы в сантиметрах. Для получения большего увеличения (для увеличения угла зрения) фокусное расстояние лупы должно быть меньше. Практически ограничиваются увеличением примерно до 25 раз.

Фотоаппарат. Фотоаппаратом называется оптический прибор, позволяющий фиксировать оптическое изображение предметов, даваемое линзой. Основными частями фотоаппарата являются линза, называемая объективом фотоаппарата, и камера. В качестве объектива используется собирающая линза (на самом деле система линз), дающая уменьшенное изображение предмета на фотопластинке, помещаемой в фокальной плоскости. Фотопластинка помещается в светонепроницаемой камере. Лучи света могут проникнуть в камеру только через объектив. Количество световой энергии, попадающей на фотопластинку, помимо времени экспозиции, определяется еще двумя факторами: площадью объектива и расстоянием от объектива до фотопластинки. Площадь объектива пропорциональна квадрату диаметра объектива d². Чем больше площадь (или d), тем больший световой поток, входящий в фотоаппарат, и тем большая энергия поглощается светочувствительным слоем пластинки. Расстояние от объектива до фотопластинки примерно равно фокусному расстоянию объектива F. Освещенность пластинки будет обратно пропорциональна квадрату этого расстояния F'. Следовательно, в целом освещенность пластинки прямо пропорциональна отношению d²/F², называемому светосилой объектива. Чем больше светосила объектива, тем большая световая энергия подводится к пластинке и тем меньше должно быть время экспозиции. Светосила является основной оптической характеристикой объектива. 

Микроскоп. Микроскоп применяется для рассматривания очень мелких предметов, не видимых простым глазом. Линейные увеличения, даваемые микроскопом, достигают нескольких тысяч раз. Простейший микроскоп представляет собой комбинацию двух линз: одна из них, перед которой располагается рассматриваемый предмет, называется объективом, а вторая, за которой располагается глаз, - окуляром микроскопа. Линзы устанавливаются на некотором расстоянии друг от друга в светонепроницаемой трубе, называемой тубусом микроскопа. Предмет помещается перед объективом на расстоянии, немного превышающем фокусное расстояние объектива. Объективом служит собирающая линза, которая дает увеличенное изображение предмета А'В'. Окуляром служит тоже собирающая линза, в которую изображение А'В', даваемое объективом, рассматривается, как в лупу. Поэтому окуляр располагается так, чтобы расстояние между изображением А'В' и линзой окуляра было немногим меньше фокусного расстояния этой линзы. Окуляр дает новое изображение А"В", предметом для которого служит изображение А'В', даваемое объективом. Увеличение предмета, даваемое микроскопом, есть произведение увеличения, даваемого объективом, и увеличения, даваемого окуляром. 

Телескоп. Телескоп - оптический прибор, предназначенный для рассматривания очень удаленных предметов, видимых простым невооруженным глазом под очень малыми углами зрения. Телескоп, так же как и микроскоп содержит объектив и окуляр в светонепроницаемой трубе. В отличие от микроскопа объективом для телескопа обычно служит длиннофокусная линза. В качестве окуляра, так же как и в микроскопе, берется короткофокусная линза (это лупа). Поскольку рассматриваемый предмет находится на очень большом расстоянии от объектива, то пучки лучей, идущих от светящихся точек этого предмета, можно считать параллельными и поэтому они фокусируются объективом в фокальной плоскости F1F2 . Окуляр располагается так, чтобы его передняя фокальная плоскость совпадала с задней фокальной плоскостью объектива. Тогда пучок света, идущий к окуляру из точки A', преобразуется окуляром в параллельный пучок света 3'4'. Однако пучок света 3' 4' будет наклонен к главной оптической оси под углом γ значительно превосходящим угол α наклона к оптической оси лучей, входящих в объектив. Отношение углов α и γ определит увеличение, даваемое телескопом. Приближенно это отношение равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра: K = F_об /F_ок

 При интерференции положение максимумов и минимумов амплитуды зависит от длины волны. Поэтому интерференция белого света дает окрашенные (цветные) интерференционные полосы (при условии когерентности составляющих каждой частоты). Такие интерференционные явления встречаются довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте или на поверхности лужи, яркие цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков. 

С помощью дифракционной решетки можно получить спектр. Действительно, монохроматический пучок света проходя (или отражаясь) дает изображение, состоящее из ярких полос -  спектральных линий различных порядков m = 0, ±1, ± 2, ±3, ...

Если же на дифракционную  решётку  падает излучение сложного спектрального состава, то для каждой длины волны получится свой набор спектральных линий, смещенных друг относительно друга для разных λ. Это дает разложение падающего излучения в спектры по числу возможных значений m.

Решетка действительно дает спектр, т. е. разложение цветов. Это следует из того, что, согласно уравнению для углов максимумов 

d sin β = mλ,

угол β зависит от длины волны: различные цвета отклоняются по-разному. Угол β тем больше, чем больше λ: красный цвет будет отклонен сильнее, чем фиолетовый. Дисперсия, т. е. разделение различных цветов, прямо пропорциональна λ.

 Рис.    Отклонение красного и зелёного света дифракционной решёткой. Здесь  β1 - угол максимума второго порядка для красного света,  β2 - угол максимума второго порядка для зелёного света.
Из равенства (1) находим отношение (от m≠ 0 не зависит)

  λ₁ = 710 нм и λ₂ = 520 нм.

Решетка дает в шкале длин волн нормальный, количественно правильный спектр падающего белого света. Далее, дисперсия прямо пропорциональна порядковому номеру m (она во втором порядке вдвое больше, чем в первом). Поэтому точные измерения длин волн обычно производят в спектрах второго или третьего порядка. Дисперсия также обратно пропорциональна d. Поэтому необходима большая плотность штрихов в решетках. Исключением является порядок m=0, при котором угол β не зависит от цвета. Спектр нулевого порядка дает белый свет. Чтобы получить чистые спектральные цвета максимум для монохроматического цвета должен быть достаточно острым (узким и высоким).

Линза преобразует пучки лучей, падающих на неё от источника света. Расположение предмета и его изображения в тонкой линзе можно рассчитать по формуле, которая выводится ниже. Напомним построение изображения в собирающей линзе.

Пусть светящаяся точка A находится вблизи оптической оси линзы (рис. а). Выбираем два луча, выходящих из точки A . Луч 1, параллельный главной оптической оси линзы, после линзы он проходит через фокус F. Луч 2, идущий через центр линзы, проходит через линзу, не изменяя своего направления. После линзы эти лучи (как и все остальные, выходящие из точки A) пересекаются в точке A', изображении точки A .

Рис.
а) Случай d > F. Предмет AB и изображение A'B' лежат за фокальными плоскостями, показанными штриховой линией. Расстояние до изображения f можно найти из формулы (1). б) Случай d = F . Треугольники ABO и COF конгруэнтны и поэтому лучи 1' и 2' параллельны. Расстояние до изображения f=∞, формула (1) принимает тривиальный вид d=F. в) Случай d < F . Изображение A'B' мнимое и находится с той же стороны линзы, что и предмет AB. Расстояние до изображения f отрицательно и его можно найти из формулы (1).

При построении изображения предмета в собирающей линзе можно выделить три различных случая расположения предмета, условно показанного на рис. в виде отрезка AB. Обозначим расстояние от предмета до линзы через d, расстояние от изображения до линзы через f и фокусное расстояние линзы через F.

1.  Предмет находится за фокусным расстоянием линзы, d > F (рис. а). В этом случае изображение действительное. Расположено оно на расстоянии, большем фокусного расстояния F<f . Построение осуществляется, с помощью двух лучей: 1 и 2, первый из которых параллелен главной оптической оси, а второй проходит через центр линзы.

2.  Предмет находится на расстоянии, равном фокусному, d = F (рис. б). Изображения нет. Пучки лучей от светящихся точек предмета AB преобразуются линзой в параллельные пучки. Говорят, что в этом случае изображение фокусируется в бесконечности. Действительно, при приближении d к F изображение неограниченно удаляется от линзы.

3. Предмет находится на расстоянии, меньшем фокусного расстояния, d<F (рис. в). Изображение мнимое, прямое и увеличенное. Изображение находится по ту же сторону от линзы, что и предмет, f отрицательно.

Формула тонкой линзы выводится из простых соотношений в подобных треугольниках на рис. а  и в. Из подобия треугольников ABO и A'B'O на рис. а получаем

а из подобия треугольников OCF и BA'F

По построению AB = OC , поэтому левые части этих двух уравнений равны. Приравниваем их правые части:
    Преобразуя это равенство, получаем окончательно:

Полученное соотношение  называют   основной   формулой линзы.

Для выпуклой линзы величины d и F всегда положительны, а f положительна для действительных изображений и отрицательна для мнимых. В случае d < F для вывода формулы (1) используется рис. в, обозначения треугольников те же, но теперь f<0.

Вывод формулы для рассеивающей линзы может быть выполнен таким же способом. Здесь изображение всегда мнимое, прямое и уменьшенное независимо от расстояния предмета от линзы. У вогнутой линзы расстояние до предмета d положительно, а f и F отрицательны.

 В дифракционной решетке трудности, связанные с малой интенсивностью при наблюдении дифракции, устраняются увеличением числа элементов, на которых происходит дифракция: дифракцию от правильной решетки, при которой амплитуды колебаний увеличиваются вследствие интерференции.

Дифракция, соответствующая отдельному элементу решетки, при этом не играет существенной роли, важно регулярное расположение этих элементов. Для визуального наблюдения дифракционной картины или фотографической регистрации используется зрительная труба, лупа или объектив.

Объяснить дифракцию в первом приближении можно, применив принцип Гюйгенса-Френеля. Согласно этому принципу, рассматривая распространение какой-либо волны, можно каждую точку среды, которой достигла эта волна, считать источником вторичных волн. Например, поставив на пути волн экран с узкой щелью (шириной порядка длины волны), получим в отверстии экрана источники вторичных волн, от которого распространяются сферические волны. Если имеется экран с двумя такими близкими щелями, дифрагирующие волны накладываются друг на друга и в результате интерференции волн дают чередующееся в пространстве распределение максимумов и минимумов амплитуды результирующей волны с плавными переходами от одного к другому. С увеличением количества щелей максимумы становятся более узкими. При большом количестве равноотстоящих щелей получают резко разделённые направления взаимного усиления волн.  Итак, дифракционная решётка  представляет собой плоскую оптическую поверхность с  большим числом равноотстоящих друг от друга штрихов одинаковой формы. Штрихи с определённым и постоянным для данной решётки профилем повторяются через строго одинаковый промежуток d, называемый периодом дифракционной решётки. В дифракционной решётке происходит дифракция света. Основное свойство дифракционной решётки -  способность разлагать падающий на неё пучок света  в спектр (т. е. по длинам волн), что используется в спектральных приборах.

Бывают отражательные и прозрачные дифракционные решётки. У отражательных решёток штрихи наносятся на зеркальную (обычно металлическую) поверхность и наблюдение ведётся в отражённом свете. У прозрачных решёток штрихи наносятся на поверхность прозрачной (обычно стеклянной) пластинки (или вырезаются в виде узких щелей в непрозрачном экране) и наблюдение ведётся в проходящем свете. В современных спектральных приборах применяются главным образом отражательные дифракционные решётки. Рассмотрим прохождение света через прозрачную дифракционную решётку (см. рис.).

 Рис.  а) Разность хода двух крайних лучей, проходящих через точки в соседних щелях на расстоянии d, где d - шаг решётки. б)  Цифры означают порядки соответствующих максимумов, β2 - угол максимума второго порядка.

При падении монохроматического параллельного пучка света с длиной волны λ под углом α на дифракционную решётку, состоящую из щелей, сдвинутых на расстояние d, разделённых  епрозрачными промежутками, происходит интерференция волн, исходящих от разных щелей. Разность хода двух лучей, проходящих через точки A и B в соседних полосках прозрачной дифракционной решетки равна |BC|+|BD|, см. рис. а. Из прямоугольных треугольников Δ ACB и Δ ADB с общей гипотенузой AB с длиной |AB|= d находим 

|BC|=d sin α,  |BD|=d sin β,

Следовательно, прошедшие лучи будут усиливать друг друга, если разность хода |BC|+|BD| = d ( sin α + sin β )  будет кратна длине волны λ. В результате после фокусировки положения максимумов на экране определяются уравнением:

d( sin α+sin β )=mλ   

где β -  угол между нормалью к решётке и направлением распространения пучка (угол дифракции); целое число m = 0, ±1, ± 2, ±3, ... равно количеству длин волн, на которое волна от некоторого элемента данной щели дифракционной решётки отстаёт от волны, исходящей от такого же элемента соседней щели (или опережает её). Максимум, соответствующий значению m, называются максимумом порядка m, см. рис. б, даваемое им изображение входной щели - спектральной линией  или порядком спектра. Все порядки спектра, соответствующие положительным и отрицательным значениям m, лежат симметрично относительно нулевого. При увеличении числа щелей дифракционной решётки спектральные линии становятся более узкими и резкими.

Световод (светопровод, световой волновод) это устройство для направленной передачи световой энергии. Использование для этой цели открытых световых пучков обычно неэффективно или невозможно. Передача на значительные расстояния затрудняет главным образом случайно распределённые неоднородности среды и расхождение пучка. В результате диаметр открытого светового луча с расстоянием увеличивается, а его яркость падает. Поэтому применяют специальные световоды.

Один из наиболее перспективных типов световодов стеклянный волоконный световод. Такой световод представляет собойтонкую нить, состоящую из сердцевины радиуса a1 с показателем преломления  n1, окруженную оболочкой с внешним радиусом a2 , показатель преломления  которой n2<n1, см.   рис. При прохождении света по волокну лучи, идущие приблизительно вдоль волновода, испытывают полное внутреннее отражение на цилиндрической поверхности, разделяющей сердцевину и оболочку. Поэтому свет распространяются по сердцевине практически без потерь.

Рис. Ход лучей в световоде. а) Поперечное сечение световода. б) Продольное сечение волновода. Угол падения луча 1 больше θ и поэтому он полностью отражается от границы между сердцевиной и оболочкой. Луч 2 отражается от границы между сердцевиной и оболочкой лишь частично. При каждом таком отражении часть света выходит в оболочку, следовательно, такой луч теряет энергию. Угол θ предельный угол полного внутреннего отражения.

Световод позволяет передавать свет направленно и без искажений на сравнительно большие расстояния. Это используется для передачи световой информации, в частности изображений.

Световод передают свет по проводам подобно электрическому току.И так же как в электрических проводах часть энергии теряется на преодоление электрического сопротивления металла, в световоде тоже происходят потери некоторого количества света из-за поглощения света самим материалом светового провода.

При использовании световодов для оптической связи в качестве источников световых сигналов, передаваемых по таким проводам, используются миниатюрные полупроводниковые лазеры. Количество информации, передаваемое с помощью света, может быть в десятки и сотни тысяч раз больше, чем в радиосвязи.

Многожильные световоды (т.е. толстый жгут, свитый из сотен стеклянных нитей) позволяют передавать не просто свет, а плоское изображение. Если с помощью линзы на один торец такого жгута спроектировать изображение, то на другом торце мы получим картинку, составленную подобно мозаике из множества точек. Точка это торец одной нити, каждая из которых несет свою часть изображения.

 Дифракцией  называют отклонение света от прямолинейного распространения, вызванное волновой природой света. Из-за дифракции волны огибают препятствия, проникая в область геометрической тени. Дифракция объясняет искажение границы  тени, которая (в некоторых случаях) становится размытой и распадается на дифракционные полосы.

Геометрическая оптика представляет собой предельный случай   волновой оптики. В этом предельном случае нет дифракции. Геометрическую оптику можно уточнить, сохранив фазу световой волны вдоль (геометрического) луча. Принцип Гюйгенса уточняет суперпозицию таких лучей. Поэтому приближённая теория дифракции света основана на применении принципа Гюйгенса-Френеля.

Если на пути распространения волны находится непрозрачное для световых волн тело, то образуется теневое пространство. Границы тени не резки, а размыты, причём размытость увеличивается при удалении от тела. Это явление огибания волной препятствия называется дифракцией. Чем больше размеры тела, тем большее пространство занимает тень. Тела, размеры которых малы по сравнению с длиной волны λ, не создают тени, а рассеивают падающую на них волну во всех направлениях. Изменение амплитуды волны при переходе из "освещённой" области в область тени происходит
объясняется интерференцией волн, огибающих тело.

Дифракция имеет место также при прохождении волны через отверстие, где она также выражается в проникновении волны в область тени и в некотором изменении характера волны в "освещённой" области: чем меньше диаметр отверстия по сравнению с длиной волны, тем шире область, в которую проникает волна. Дифракция волн существенно зависит от соотношения между длиной волны λ и размером объекта, вызывающего дифракцию. Обычно дифракция проявляется в тех случаях, когда размер огибаемых препятствий соизмерим с длиной волны. Поэтому легко наблюдается дифракция звуковых и радиоволн, для которых это условие обычно всегда выполняется. Гораздо труднее наблюдать без специальных устройств дифракцию света (λ ≈400 - 750$ нм).

Модель. Прохождение волны через три щели. Как результат зависит от соотношений между шириной щели, расстоянием между щелями и длиной волны?

При падении на плоскую границу раздела двух разных сред плоская волна частично отражается, частично проходит в другую среду, оставаясь плоской, но меняет при этом своё направление распространения, т. е. преломляется. Углы, образуемые направлениями падающей, отражённой и преломлённой волн с перпендикуляром к границе раздела сред, называются соответственно углом падения α, углом отражения α' и углом преломления β. 

Согласно закону отражения, угол падения равен углу отражения, т. е. α = α'. Согласно закону преломления, синус угла падения относится к синусу угла преломления, как скорость в первой среде к её скорости во второй среде:

где v₁, v₂- скорости света в первой и второй средах соответственно, n_1, n₂- соответствующие (абсолютно) показатели преломления сред:
c - скорость света в вакууме.

Рис. 1.   Луч света выходит из оптически более плотной среды в менее плотную,  n1 >  n2. Здесь α - угол падения, α' - угол отражения и β - угол преломления. Энергия падающего луча делится между преломленным и отраженным лучами. 

Если луч света идет со стороны оптически более плотной среды (т. е. n1 >  n2, см. рис. 1), то β > α и существует угол падения α0

при котором sin(α) =1, т. е. β=π/2.

При углах падения α, больших α0 преломленный луч не образуется, см. рис. 2. Это явление называют полным внутренним отражением, оно происходит при углах падения α из интервала

Угол α0 называют предельным углом полного отражения.

  Рис. 2. Полное внутреннее отражение. Угол падения α больше предельного угла полного отражения α, поэтому преломленного луча нет. При полном внутреннем отражении энергия падающего луча почти без потерь передается отраженному лучу.

Дифракцией  называют отклонение света от прямолинейного распространения, вызванное волновой природой света. Из-за дифракции волны огибают препятствия, проникая в область геометрической тени. Дифракция объясняет искажение границы  тени, которая (в некоторых случаях) становится размытой и распадается на дифракционные полосы.

Геометрическая оптика представляет собой предельный случай  волновой оптики. В этом предельном случае нет дифракции. Геометрическую оптику можно уточнить, сохранив фазу световой волны вдоль (геометрического) луча. Принцип Гюйгенса уточняет суперпозицию таких лучей.

Поэтому приближённая теория дифракции света основана на применении принципа Гюйгенса-Френеля.

Если на пути распространения волны находится непрозрачное для световых волн тело, то образуется теневое пространство. Границы тени не резки, а размыты, причём размытость увеличивается при удалении от тела. Это явление огибания волной препятствия называется дифракцией. Чем больше размеры тела, тем большее пространство занимает тень. Тела, размеры которых малы по сравнению с длиной волны λ, не создают тени, а рассеивают падающую на них волну во всех направлениях. Изменение амплитуды волны при переходе из "освещённой" области в область тени происходит объясняется интерференцией волн, огибающих тело.

Дифракция имеет место также при прохождении волны через отверстие, где она также выражается в проникновении волны в область тени и в некотором изменении характера волны в "освещённой" области: чем меньше диаметр отверстия по сравнению с длиной волны, тем шире область, в которую проникает волна.

Дифракция волн существенно зависит от соотношения между длиной волны λ и размером объекта, вызывающего дифракцию. Обычно дифракция проявляется в тех случаях, когда размер огибаемых препятствий соизмерим с длиной волны. Поэтому легко наблюдается дифракция звуковых и радиоволн, для которых это условие обычно всегда выполняется. Гораздо труднее наблюдать без специальных устройств дифракцию света (λ ≈ 400 - 750 нм).

Модель. Прохождение волны через щель. Убедитесь, что результат зависит от соотношения между шириной щели и длиной волны.

 Поляризация света, одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны).

Плоскость, в которой происходят колебания поперечной волны, перпендикулярна направлению её распространения. Эта особенность поперечных волн  обусловливает возможность возникновения

Явление поляризации света заключается в нарушении симметрии распределения напряжённостей электрических и магнитных полей в волне относительно направления распространения: волна изменяется при повороте волны вокруг направления её распространения. В продольной волне  возмущения всегда направлены вдоль направления распространения волны и поэтому явления поляризации у продольных волн не бывает.

Если колебания электрического поля E происходят только в одном направлении, то волну называют линейно поляризованной, или плоско поляризованной. Это простейший случай поляризации, возможны и другие, более сложные типы поляризации. Например, если конец вектора E описывает эллипс или окружность в плоскости колебаний, то имеет место эллиптическая или круговая поляризация. Скорость распространения поляризованных волн может зависеть от типа поляризации. 

Плоскополяризованный свет -  электромагнитная волна, в процессе распространения которой плоскости колебаний векторов магнитной индукции B и напряженности электрического поля E сохраняют свою ориентацию в пространстве. Плоскость поляризации - плоскость, в которой колеблется вектор напряженности электрического поля E. Поляризация может возникнуть: из-за отсутствия симметрии в возбуждающем волны излучателе, при распространении волны в анизотропной среде, при преломлении или отражении волны  на границе двух сред.

Поперечность световых волн (как и любых др. электромагнитных волн) выражается в том, что колеблющиеся в них векторы напряжённости электрического поля E и напряжённости магнитного поля H перпендикулярны направлению распространения волны. E и H выделяют (отсюда указанное выше неравноправие) определённые направления в пространстве, занятом волной. Кроме того, E и H почти всегда взаимно перпендикулярны, поэтому для полного описания состояния поляризации требуется знать поведение лишь одного из них. Обычно для этой цели выбирают вектор E.

Поляризацию монохроматического света характеризуют проекцией траектории конца вектора E в каждой точке луча на плоскость, перпендикулярную лучу.

Круговая поляризация, состояние распространяющейся электромагнитной волны (например, световой), при котором концы её электрического и магнитного векторов E и B в каждой точке пространства, занятого волной, описывают окружности в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Рис. 1. а) Плоско поляризованная волна. Красная линия - концы векторов E. Синяя линия - концы векторов B. б)  Сумма двух плоско поляризованных (в ортогональных плоскостях и сдвинутых относительно друг друга по фазе на π/4) волн дает волну с круговой поляризацией. Показаны синие векторы суперпозиции. Проекция синей кривой на плоскость, перпендикулярную направлению распространения волны является окружностью. Поэтому поляризация и называется круговой.

Дифракцией  называют отклонение света от прямолинейного распространения, вызванное волновой природой света. Из-за дифракции волны огибают препятствия, проникая в область геометрической тени. Дифракция объясняет искажение границы  тени, которая (в некоторых случаях) становится размытой и распадается на дифракционные полосы.

Геометрическая оптика представляет собой предельный случай  волновой оптики. В этом предельном случае нет дифракции. Геометрическую оптику можно уточнить, сохранив фазу световой волны вдоль (геометрического) луча. Принцип Гюйгенса уточняет суперпозицию таких лучей. Поэтому приближённая теория дифракции света основана на применении принципа Гюйгенса-Френеля.

Если на пути распространения волны находится непрозрачное для световых волн тело, то образуется теневое пространство. Границы тени не резки, а размыты, причём размытость увеличивается при удалении от тела. Это явление огибания волной препятствия называется дифракцией. Чем больше размеры тела, тем большее пространство занимает тень. Тела, размеры которых малы по сравнению с длиной волны λ, не создают тени, а рассеивают падающую на них волну во всех направлениях. Изменение амплитуды волны при переходе из "освещённой" области в область тени происходит объясняется интерференцией волн, огибающих тело.

Дифракция имеет место также при прохождении волны через отверстие, где она также выражается в проникновении волны в область тени и в некотором изменении характера волны в "освещённой" области: чем меньше диаметр отверстия по сравнению с длиной волны, тем шире область, в которую проникает волна.

Дифракция волн существенно зависит от соотношения между длиной волны λ и размером объекта, вызывающего дифракцию. Обычно дифракция проявляется в тех случаях, когда размер огибаемых препятствий соизмерим с длиной волны. Поэтому легко наблюдается дифракция звуковых и радиоволн, для которых это условие обычно всегда выполняется. Гораздо труднее наблюдать без специальных устройств дифракцию света (λ ≈ 400 - 750 нм).