Introduction in Wave Optics

Abstract

The tutorial is based on long-years practice on the discipline "experimental physics" in the Academic Gymnasium of Saint-Petersburg State University. It covers the fundamentals of electromagnetic theory of light, interference and diffraction from experimental point of view. Therefore, cumbersome mathematical calculations are minimized, and an emphasis is made on the approximations, rough calculations in scale of the optical range electro-magnetic waves. Methods of Fresnel zones and vector diagrams are considered in details to allow a quantitative description of the diffraction pattern of high symmetry. Fresnel diffraction and its limiting case of Fraunhofer diffraction are introduced. The bound of applicability of geometrical optics is indicated to be the inverse limiting process. There are checklists and tasks at the end of the tutorial. The manual is intended for graduate students specializing in Physics and Mathematics and university students of non-physical specialties. It will be useful for teachers and professors to organize experimental work on optics in educational institutions indicated.

Учебное пособие создано на основе многолетней практики преподавания дисциплины «Экспериментальная физика» в Академической гимназии. В пособии излагаются основы электромагнитной теории света, интерференции и дифракции с позиций эксперимента, поэтому громоздкий математический аппарат сведён к минимуму и упор сделан на приближения, оценки и масштаб оптического диапазона электромагнитных волн. Обстоятельно рассмотрены методы зон Френеля и векторных диаграмм, позволяющие количественно описать дифракционную картину высокой симметрии. Определены дифракция Френеля и её предельный случай — дифракция Фраунгофера. Обозначена граница применимости геометрической оптики. Пособие предназначено для учащихся выпускных классов школ физико-математического профиля и первых курсов нефизических специальностей университетов. Оно будет полезно для преподавателей указанных образовательных учреждений при организации лабораторных работ по оптике.