Свет как волна
Кинофотограф регулирует освещённость поляризационным фильтром, учёный измеряет расстояние до Луны лазером, инженер проектирует антибликовое покрытие линзы — всё это волновая оптика в действии. Волновая оптика изучает явления, объясняемые волновой природой света: интерференцию, дифракцию и поляризацию.
Интерференция
Интерференция — сложение волн, приводящее к усилению или ослаблению. Условие максимума (усиление): разность хода волн Δ = mλ (целое число длин волн). Условие минимума: Δ = (m + ½)λ. Опыт Юнга (1801): свет проходит через две щели, на экране чередуются тёмные и светлые полосы — доказательство волновой природы. Тонкие плёнки (мыльные пузыри, масляные пятна) дают радужные цвета из-за интерференции на двух поверхностях. Применение: просветляющее покрытие объективов (деструктивная интерференция отражённого света).
Дифракция
Дифракция — огибание волнами препятствий и отверстий. Принцип Гюйгенса–Френеля: каждая точка волнового фронта — источник вторичных волн. Дифракция заметна, когда размер препятствия сравним с длиной волны. Дифракционная решётка — пластина с тысячами щелей на мм, разлагает свет в спектр точнее призмы. Уравнение решётки: d·sinθ = mλ. Применение: спектроскопия, лазеры, оптические фильтры. CD/DVD-диски — дифракционные решётки: радужные цвета при отражении.
Поляризация
Свет — поперечная волна: электрическое поле колеблется перпендикулярно направлению распространения. В неполяризованном свете колебания хаотичны. Поляризованный свет — колебания в одной плоскости. Поляроид (поляризационный фильтр) пропускает только одну плоскость. Два скрещенных поляроида дают темноту. Применение: фотографические фильтры (убирают блики с воды), 3D-очки в кинотеатрах, ЖК-дисплеи.
Связь с квантовой оптикой
Волновая оптика не объясняет фотоэффект (Эйнштейн, 1905): свет выбивает электроны из металла только при частоте выше порога — независимо от интенсивности. Это требует квантового описания: свет — поток фотонов с энергией E = hν. Корпускулярно-волновой дуализм: свет и волна, и поток частиц одновременно.