Světelný paprsek je optický koncepce a matematický nástroj, který se používá zejména v geometrické optiky , popisuje cestu světla v zjednodušující způsobem, platí pouze tehdy, když světelný paprsek šíří v prostředích, kde překážky a optické komponenty mají rozměry mnohem větší, než je vlnová délka. Světelný paprsek nemá žádnou skutečnou fyzickou existenci a představuje ideální případ, kdy by bylo možné vybrat nekonečně jemný paralelní paprsek světla.
Jedním ze způsobů, jak se přiblížit pojmu světelný paprsek prostřednictvím zkušeností, je použití laseru s velmi jemným paprskem nebo velmi jemného štětce kolimovaného světla .
Historie světelných paprsků navazuje na vývoj geometrické optiky, která sloužila jako hlavní matematická podpora pro toto pole optiky. Geometrická teorie optika tak vyvíjí XI tého století na XVIII -tého století . Samotná představa paprsku však sahá až do starověku a do prvních teorií o vidění a světle. Mezi mnoha rozvinutými teoriemi - atomisté viděli ve světle „štěkání“ částic vyslaných velmi vysokou rychlostí objekty směrem k oku, jiní jako Pythagoras, Empedocles nebo Democritus odhadovali, že světlo vycházející z oka dosáhlo viděného objektu - jeden z nich, který byl vypracován Euclid v III th století před naším letopočtem. AD , vyjadřuje pojem světelného paprsku z jednoduchých empirických pozorování. Pokud se několik pozdějších prací přiblíží k hlavním principům geometrické optiky, jako je odraz nebo přímočaré šíření světla, musíme počkat na Pojednání o optice napsané fyzikem Ibn al-Haythamem, které jasně odhaluje několik základních vlastností světelných paprsků a vytváří základ pro později vyvinula geometrické optiky na XVI th století Ibn Al-Hajtám současnosti skutečně přímočaré šíření světla a nezávislost světelných paprsků mezi nimi explicitně.
Objeví-li se pojem světelného paprsku popsat geometrické optiky snadno, model odhaluje jeho nedostatky z XVII th století se objevu Francesco Maria Grimaldi , Robert Hooke a Robert Boyle první interferenční a difrakční jevy: Newtonových kroužků a přítomnost „barevného světlo ve stínu ".
Světelný paprsek je definován jako směr šíření elektromagnetické vlny , lze jej odvodit z Poyntingova vektoru uvažované vlny a je znázorněn jako křivka. Koncept světelného paprsku, který se používá pouze v oblasti geometrické optiky, nepoužívá tuto aproximaci k popisu jevů difrakce nebo interference , spíše se týká fyzikální optiky .
Světelné paprsky přicházející ze stejného zdroje jsou kolmé k jejich vlnovým frontám v homogenním a izotropním médiu, kolmé v izotropním médiu, ale nemusí být nutně přímé. Paprsky jsou přímočaré, ale ne nutně kolmé k vlnovým frontám v případě anizotropních, ale homogenních médií. Dvě hlavní věty popisující chování světelných paprsků jsou Malusova věta a Fermatův princip .
Každý světelný paprsek je na sobě nezávislý, de facto vylučuje jakýkoli koherentní jev nebo zahrnuje vlnovou frontu, protože mezi dvěma blízkými světelnými paprsky nemůže docházet k interakci.
„Světelný paprsek“ mezi dvěma povrchy je paprsek přímek, konkrétně sada paprsků spojujících kterýkoli z bodů vysílajícího povrchu s kterýmkoli z bodů přijímajícího povrchu.
Je to aditivní veličina v tom smyslu, že paprsek spojený se spojením povrchů je spojení paprsků spojených se součástmi (rozumí se, že tento paprsek může být prázdný, když dotyčné povrchy nejsou viditelné jeden po druhém. 'jiný).
Světelný paprsek se vyznačuje důležitou fyzikální veličinou , rozsahem paprsku .
Světelné paprsky jsou zobrazeny jako přímky, někdy orientované k označení směru šíření světla.
Existuje maticové modelování světelných paprsků: pomocí sloupcové matice definující průsečík paprsku s danou rovinou původu a jednotkovým vektorem, jehož podporou je světelný paprsek.