Условие
13.1.20∗. Какой формы должна быть отражающая поверхность, чтобы она собирала все параллельные лучи в одной точке независимо от ширины пучка?
Решение
Для строгого доказательства воспользуемся принципом Ферма: чтобы все параллельные лучи собрались в одной точке (фокусе) в одинаковой фазе, оптическая длина пути каждого луча от падающего волнового фронта до фокуса должна быть одинаковой.
Пусть параллельный пучок лучей падает вдоль оси
Выберем в качестве начального волнового фронта любую прямую
Рассмотрим произвольный луч, который пересекает фронт, падает на искомую поверхность в точке
Оптическая длина пути
- Расстояние от волнового фронта до точки
: . - Расстояние от точки
до фокуса : .
Полный оптический путь:
По условию идеальной фокусировки эта длина должна быть постоянной для любого луча (не зависеть от координаты
Перенесем
Возведем обе части в квадрат:
Сокращаем
Полученное уравнение
Ответ
Поверхность должна иметь форму параболоида вращения (параболического зеркала).