|
|
Аберрации оптических систем.ЛЕКЦИИ ПО ФИЗИКЕ ОПТИКА Геометрическая оптика Оптика — раздел физики,который изучает природу света, световые явления и взаимодействие света с веществом. Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, и поэтому оптика является частью общего учения об электромагнитном поле. В зависимости от круга рассматриваемых явлений оптику делят на геометрическую (лучевую), волновую (физическую), квантовую (корпускулярную). 1. Основные законы геометрической оптики. Еще до установления природы света были известны следующие законы: Закон прямолинейного распространения света — свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. Световой луч — линия, вдоль которой переносится световая энергия. В однородной среде лучи света представляют собой прямые линии.
Закон отражения — отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол отражения
Закон преломления — луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла
Поскольку
Полное отражение. Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления
Следовательно, угол преломления i2 большеугла падения i1. Увеличивая угол падения, при некотором предельном угле iпр угол преломления окажется равнымπ/2. При углах падения i1 > iпр весь падающий свет полностью отражается. При углах падения inp>i1> π/2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным внутренним отражением света. Предельныйугол определяется соотношением:
Явление полного отражения используется в призмах полного отражения и световодах.
Линзы.
1) двояковыпуклые; 2) плосковыпуклые; 3) двояковогнутые; 4) плосковогнутые; 5) выпукло-вогнутые. Линза называется тонкой, если ее толщина значительно меньше, чем радиусы кривизны R1 и R2 обеих поверхностей. На оптических схемах линзы обычно обозначают двунаправленной стрелкой. Радиус кривизны R > О для выпуклой поверхности; R < О для вогнутой.
Оптическим центром линзы (обычно обозначается О) называется точка, лежащая на главной оптической оси и обладающая тем свойством, что лучи проходят сквозь нее не преломляясь. Побочными оптическими осями называются прямые, проходящие через оптический центр линзы и не совпадающие с главной оптической осью. Фокусом линзы F называется точка, лежащая на главной оптической оси, в которой пересекаются лучи параксиального (приосевого) светового пучка, распространяющиеся параллельно главной оптической оси. Фокальной плоскостью называется плоскость, проходящая через фокус линзы перпендикулярно ее главной оптической оси. Фокусным расстоянием / называется расстояние между оптическим центром линзы О и ее фокусомF:
Формула тонкой линзы:
где а и b — расстояния от линзы до предмета и его изображения. Если а = ∞, т.е. лучи падают на линзу параллельным пучком (а), то b=f. Если b = ∞, т.е. изображение находится в бесконечности (б), и, следовательно, лучи выходят из линзы параллельным пучком, то a= f. Фокусные расстояния линзы, окруженной собеих сторон одинаковой средой, равны. Величина Ф = 1/f называется оптической силой линзы. Ее единица — диоптрия (дптр) — оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.
В отличие от собирающей линзы, рассеивающая линза имеет мнимые фокусы. В мнимом фокусе сходятся (после преломления) воображаемые продолжения лучей, падающих на рассеивающую линзу параллельно главной оптической оси. Аберрации оптических систем. В реальных оптических системах используются пучки отличающиеся от параксиальных, показатель преломления линз зависит от длины волны падающего света, а сам свет немонохроматичен. Искажения оптического изображения которые возникают при этом называются аберрациями.
Сферическая аберрация является частным случаем астигматизма.
Точечным источником света называется источник, размерами которого можно пренебречь.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
Закон независимости световых пучков — эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.
равен углу падения i1:
— относительный показатель преломления второй среды относительно первой, который равен отношению абсолютных показателей преломления двух сред.
, то 
, где εи μ— соответственно электрическая и магнитная проницаемость среды.
(оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n2 (оптически менее плотную) (n1 > п2) (например, из стекла в воздух или из воды ввоздух), то
Линзой называется прозрачное тело, ограниченное с двух сторон криволинейной поверхностью. (В частном случае одна из поверхностей может быть плоской). По внешней форме линзы делятся на
Прямая проходящая через центры кривизны поверхностей линзы называется главной оптической осью.
Линзы с положительной оптической силой являются собирающими, с отрицательной — рассеивающими.
Сферическая аберрация. Фокус S" для лучей, более удаленных от оптической оси чем параксиальные, находится ближе, чем фокус S’ параксиальных лучей. В результатеизображение светящейся точки имеет вид расплывчатого пятна.
Кома. Если через оптическую систему проходит широкий пучок от точечного источника света, расположенного не на оптической оси, то получаемое изображение этой точки будет в виде освещенного пятна неправильной формы.
Астигматизм. Погрешность, обусловленная неодинаковостью кривизны оптической поверхности в разных плоскостях сечения падающего на нее светового пучка.
Дисторсия. Погрешность, при которой при больших углах падения лучей на линзу линейное увеличение для точек предмета, которые находятся на разных расстояниях от главной оптической оси, несколько различается. В результате нарушается геометрическое подобие между предметом (например, прямоугольная сетка) и его изображением (рисунок (b) — подушкообразная дисторсия, (с) — бочкообразная дисторсия).
Хроматическая аберрация. При падении на оптическую систему белого света отдельные составляющие его монохроматические лучи фокусируются в разных точках (наибольшее фокусное расстояние имеют красные лучи, наименьшее — фиолетовые), поэтому изображение размыто ипо краям окрашено.