Соответствующая
кривая изображена сплошной линией на Рис.11.7 в плоскости . Геометрическое место точек поворота в
этой плоскости является эллипсом
.
Определим
положение каустики в плоскости из системы уравнений
,
которая приводится к виду
.
Исключая
угол из этой системы, получим уравнение
каустики
.
Линия
каустики в плоскости является параболой с вершиной
при
. Она изображена штриховой линией на
Рис.11.7, 11.8 и 11.9. На Рис.11.8 показана качественная картина семейства
лучей для линейного профиля неоднородности среды. Каустика в этом случае
разделяет пространство на область «тени» (в ней нет лучей) и «освещенную»
область, в которой в каждую точку приходят от источника два луча. На Рис.11.9
сплошными линиями показано семейство поверхностей равной фазы. «Яйцеобразный»
вид фазовых поверхностей в начальные моменты времени, (пока лучи еще не
достигли каустики), связан с тем, что фазовая скорость волны в направлении
возрастания
оказывается больше, чем в противоположном
направлении.
2).
В случае полу бесконечного линейного слоя в области ,
граничащего с однородным полу пространством
(Рис.11.10).
Функция
имеет вид
.
Форма
каустики усложняется. Вместо гладкой формы, теперь возможно появление каустик с
особенностями в виде «петли» с двумя точками заострения («ласточкин хвост»).
Форма каустики при этом зависит от положения точечного источника (). В области
среда
однородная и лучи здесь представляют собой прямые линии. В области
профиль неоднородности линейный и лучи
здесь имеют вид отрезков парабол. Не приводя формул для описания
геометрического места точек поворота и каустики, отметим основные
закономерности лучевой картины. Оказывается, что каустика имеет гладкую форму,
если источник расположен либо ниже уровня
, либо
выше уровня
. При условии
на
каустике имеются точки заострения, ограничивающие каустическую петлю. Эволюция
формы каустики при изменении высоты положения источника показана на Рис.11.11.
При
и
петля
на каустике стягивается в каустические фокусы
и
. Через каждую точку внутри каустической
петли проходит четыре различных луча. (три луча, претерпевших поворот и один
луч - прямой). Поясним появление петлеобразной каустики. Рассмотрим форму
линии, изображающей геометрическое место точек поворота лучей. При условии
или
(такая
ситуация на Рис.11.12 и 11.13 отмечена буквой
) линия
геометрического места точек поворота в плоскости
является
монотонной (Рис.11.12). Монотонной при этом оказывается и линия каустики,
которая разделяет в этом случае пространство на область тени и на освещенную
область (в каждую точку здесь приходят два луча). В этом случае однозначной
будет зависимость дальности
от угла выхода
(случай
на
Рис.11.13). Ситуация изменяется при
(случай
). Как видно из Рис.11.13, некоторым
дальностям соответствуют три значения угла выхода
. В
соответствующую область пространства (в каустическую петлю приходят три луча,
претерпевших поворот). В случае
геометрическое место
точек поворота лучей уже не является монотонной кривой (Рис.11.14). Не
монотонность этой кривой определяет особый характер каустики в случае
. Еще более сложный вид каустик может
возникать при рассмотрении лучевой картины для сред с другой зависимостью
показателя преломления от
. Естественно, что
картина лучей и конфигурация каустики еще более усложнится в случае, когда показатель
преломления зависит от всех трех координат
.
Дополнительное усложнение картины происходит в неоднородных анизотропных
средах.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.