Optique géométrique
L'optique géométrique , ou optique directionnelle, est un modèle optique qui décrit la propagation de la lumière en termes de rayons . Le rayon, en optique géométrique, est une abstraction utile pour approximer les trajectoires de la lumière dans certaines conditions.
Les hypothèses simplificatrices de l'optique géométrique incluent le fait que les rayons lumineux :
- se propagent en ligne droite lorsqu'elles se déplacent dans un milieu homogène
- elle se courbe et, dans certaines circonstances, peut se fendre en deux, à l' interface entre deux milieux différents.
- suivre des trajectoires courbes dans un milieu où l' indice de réfraction change
- peut être absorbé ou réfléchi.
L'optique géométrique ne tient pas compte de certains effets optiques tels que la diffraction et l'interférence , qui sont considérés en optique physique . Cette simplification est utile en pratique ; elle constitue une excellente approximation lorsque la longueur d'onde est petite par rapport à la taille des structures avec lesquelles la lumière interagit. Ces techniques sont particulièrement utiles pour décrire les aspects géométriques de l' imagerie , notamment les aberrations optiques .
lancer de rayons
En physique, le tracé de rayons est une méthode permettant de calculer la trajectoire des ondes ou des particules à travers un système présentant des régions de vitesse de propagation , de caractéristiques d'absorption et de surfaces réfléchissantes variables. Dans ces conditions, les fronts d'onde peuvent se courber, changer de direction ou se réfléchir sur les surfaces, ce qui complexifie l'analyse.
Historiquement, le tracé de rayons impliquait la résolution analytique des trajectoires des rayons. En physique appliquée et en physique de l'ingénieur modernes , ce terme englobe également la résolution numérique de l' équation eikonale . Par exemple, la propagation par rayons consiste à faire progresser de manière itérative des faisceaux étroits idéalisés, appelés rayons, à travers le milieu par incréments discrets. Les problèmes simples peuvent être analysés en propageant quelques rayons à l'aide de calculs mathématiques élémentaires. Une analyse plus détaillée peut être réalisée en utilisant un ordinateur pour propager un grand nombre de rayons.
Appliquée aux problèmes de rayonnement électromagnétique , la méthode du tracé de rayons repose souvent sur des solutions approchées des équations de Maxwell, telles que celles de l'optique géométrique . Ces solutions restent valides tant que les ondes lumineuses se propagent à travers et autour d'objets dont les dimensions sont bien supérieures à la longueur d'onde de la lumière . La théorie des rayons permet de décrire les interférences en accumulant la phase lors du tracé (par exemple, à l'aide des coefficients de Fresnel complexes et du calcul de Jones ). Elle peut également être étendue à la description de la diffraction de bord , grâce à des modifications telles que la théorie géométrique de la diffraction , qui permet de tracer les rayons diffractés . Des phénomènes plus complexes requièrent des méthodes comme l'optique physique ou la théorie ondulatoire .