§ 2. ФОКУСЫ ЛИНЗЫ, ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ
собирающая
рассеивающая
F | F | F | F |
|
|
|
|
а) б)
Рис. 9.3
На рис. 9.4 буквой F обозначены фокусы линзы – точки, в которых собираются параллельные оптической оси лучи, прошедшие через линзу (или их продолжения).
П | Рис. 9.4 |
|
Прямая, проходящая через центры кривизны обеих поверхностей линзы,
называется главной оптической осью.
Точка пересечения главной оптической оси с преломляющей плоскостью линзы называется оптическим центром линзы.
Плоскость, проведенная через фокус линзы перпендикулярно к главной оптической оси, называется фокальной плоскостью линзы.
§ 3. ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ ТОНКОЙ ЛИНЗЫ
Буквой F обозначают также и фокусное расстояние линзы – расстояние от фокуса до оптического центра линзы (рис.
Оптический центр линзы
Главная оптическая ось | F – фокус |
F – фокусное расстояние
Рис. 9.5
Для сферической тонкой линзы на основе закона преломления получается следующая формула для фокусного расстояния:
F = |
|
| 1 |
| × |
|
| 1 |
| . | (9.1) | ||
|
|
|
|
|
|
| 1 |
|
|
| |||
|
|
| n л |
| -1 |
| 1 | + |
|
| ||||
|
|
|
|
| |||||||||
|
| ||||||||||||
|
| n | ср |
| R1 |
| R 2 |
| |||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Здесь nл и nср – | показатели преломления линзы и среды, соответственно. | ||||||||||||
R1 и R2 – радиусы кривизны линзы, они – | величины алгебраические. | ||||||||||||
Эта формула справедлива только для приосевых (параксиальных) лучей. R1, R2 – радиусы кривизны сферических поверхностей линзы, они могут быть положительными и отрицательными. Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы считается положительным, вогнутой – отрицательным.
Выбор знаков R1 и R2 в приведенной нами формуле для F иллюстрирует рис. 9.6.
Для собирающей линзы фокусное расстояние F положительно, для рассеивающей – отрицательно. Оптической силой линзы называют величину Ф, обратную фокусному расстоянию линзы:
Φ ≡ | 1 | , | (9.2) |
| |||
| F |
| |
Единица оптической силы – диоптрия (дптр). 1 дптр = 1 / м.
R1 > 0 | R1 < 0 | R2 < 0 |
|
|
R2 > 0
R 2 = ∞
|
| R1 > 0 |
|
R1 | > 0 | R2 | < 0 |
|
|
Рис. 9.6
§ 4. ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЛИНЗАХ
Для построения изображения предмета необходимо построить изображение каждой его точки.
Для построения изображения точки достаточно найти точки пересечения двух любых лучей, идущих из заданной точки.
Удобнее всего использовать в качестве одного из этих лучей луч, идущий через оптический центр, он идет через линзу, не отклоняясь:
Другой удобный луч – это луч, идущий параллельно оптической оси.
Он,
преломляясь в линзе, проходит через фокус, если линза собирающая:
F
Оптическая ось
Если линза рассеивающая, то через фокус проходит продолжение луча:
Оптическая ось
F
И, если луч шел через фокус собирающей линзы, то после преломления он пойдет параллельно оптической оси:
F | Оптическая ось |
Для рассеивающей линзы параллельно оптической оси пойдет после преломления луч, продолжение которого проходит через фокус:
Оптическая ось | F |
Примеры построения изображения точки в собирающей линзе
приведены на рис. 9.7, а, б.
а) Точка дальше фокуса
| F |
F | Действительное |
| изображение точки |
б) Мнимое изображение точки
Точка ближе фокуса
F
F
Лучи
расходятся
Рис.
9.7
Пример построения изображения точки в рассеивающей линзе дан на рис.
9.8.
Точка
Мнимое изображение точки
F
Рис. 9.8
ОглавлениеВВЕДЕНИЕ§ 1.2. Физика и техника. § 1.3. Понятие о величине и измерении. Физические величины. § 1.4. Прямое и косвенное измерения. § 1.5. Звездное небо и его видимое вращение. § 1.6. Угловые измерения на небе. § 1.7. Определение расстояний до небесных тел на основе измерения параллаксов. § 1.8. Основные единицы времени и их связь с движением Земли. § 1.9. Правило вывода единиц физических величин из формул. Международная система единиц СИ. § 1.10. Плотность вещества. Раздел I. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОТА Глава 2. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА § 2.2. Диффузия. § 2.3. Силы молекулярного взаимодействия. § 2.4. Кинетическая и потенциальная энергия молекул. § 2.5. Агрегатное состояние вещества. § 2.6. Понятие о температуре и внутренней энергии тела. Глава 3. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗООБРАЗНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА § 3.  § 3.3. Измерение скорости движения молекул газа. Опыт Штерна. § 3.4. Распределение молекул по скоростям их хаотического движения. § 3.5. Размеры и массы молекул и атомов. § 3.6. Постоянная Авогадро и постоянная Лошмидта. § 3.7. Число столкновений и длина свободного пробега молекул в газе. § 3.8. Давление газа. Манометры. § 3.9. Понятие вакуума. § 3.10. Межзвездный газ. Глава 4. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ. АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА И ЕЕ СВЯЗЬ С ЭНЕРГИЕЙ МОЛЕКУЛ ГАЗА § 4.2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. § 4.3. Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме. § 4.4. Абсолютный нуль. § 4.5. Термодинамическая шкала температур. Абсолютная температура. § 4.6. Связь между температурой и кинетической энергией молекул газа. Постоянная Больцмана. Глава 5. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА § 5.2. Объединенный газовый закон. Приведение объема газа к нормальным условиям. § 5.3. Молярная газовая постоянная.  Определение числового значения постоянной Больцмана.§ 5.4. Уравнение Клапейрона — Менделеева. Плотность газа. § 5.5. Зависимость средней квадратичной скорости молекул газа от температуры. § 5.6. Изохорический процесс. § 5.7. Изобарический процесс. § 5.8. Изотермический процесс. § 5.9. Внутренняя энергия идеального газа. § 5.10. Работа газа при изменении его объема. Физический смысл молярной газовой постоянной. Глава 6. ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ § 6.2. Теплообмен. § 6.3. Виды теплообмена. § 6.4. Изменение внутренней энергии при нагревании и охлаждении. § 6.5. Уравнение теплового баланса при теплообмене. § 6.6. Подсчет теплоты, выделяемой при сжигании топлива. К. п. д. нагревателя. § 6.7. Изменение внутренней энергии при выполнении механической работы. Опыт Джоуля. § 6.9. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.  § 6.10. Первое начало термодинамики. § 6.11. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе. § 6.12. Адиабатный процесс. § 6.13. Понятие о строении Солнца и звезд. Глава 7. ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ В ГАЗООБРАЗНОЕ И ОБРАТНО § 7.2. Испарение. § 7.3. Теплота парообразования. Глава 8. СВОЙСТВА ПАРОВ. КИПЕНИЕ. КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА § 8.2. Свойства паров, насыщающих пространство. § 8.3. Свойства паров, не насыщающих пространство. § 8.4. Процесс кипения жидкости. § 8.5. Зависимость температуры кипения жидкости от внешнего давления. Точка кипения. § 8.6. Уравнение теплового баланса при парообразовании и конденсации. § 8.7. Перегретый пар и его использование в технике. § 8.8. Критическое состояние вещества. § 8.9. Сжижение газов и использование жидких газов в технике. Глава 9. ВОДЯНОЙ ПАР В АТМОСФЕРЕ § 9.2. Абсолютная и относительная влажность воздуха. Точка росы. § 9.3. Приборы для определения влажности воздуха.  § 9.4. Понятие об атмосферах планет. Глава 10. СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ § 10.2. Поверхностный слой жидкости. § 10.3. Энергия поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжение. § 10.4. Сила поверхностного натяжения. § 10.5. Смачивание. Краевой угол. § 10.6. Мениск. Давление, создаваемое искривленной поверхностью жидкости. § 10.7. Капиллярность. Капиллярные явления в природе и технике. § 10.8. Понятие о вязкости среды. Ламинарное течение жидкости. § 10.9. Закон Ньютона для внутреннего трения. Динамическая вязкость. § 10.10. Аморфные вещества. Глава 11. СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ. ДЕФОРМАЦИИ § 11.2. Анизотропия кристаллов. Пространственная решетка и ее дефекты. § 11.3. Виды кристаллических структур. § 11.4. Виды деформаций. § 11.5. Механическое напряжение. § 11.6. Упругость, пластичность, хрупкость и твердость. § 11.7. Закон Гука. Модуль упругости. § 11.8. Энергия упруго деформированного тела. Глава 12. ПЛАВЛЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.  СУБЛИМАЦИЯ. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА§ 12.2. Удельная теплота плавления. § 12.3. Изменение объема и плотности вещества при плавлении и отвердевании. § 12.4. Зависимость температуры и теплоты плавления от давления. Точка плавления. § 12.5. Уравнение теплового баланса при плавлении и кристаллизации. § 12.6. Растворы и сплавы. Охлаждающие смеси. § 12.7. Испарение твердых тел (сублимация). § 12.8. Диаграмма состоянии вещества. Тройная точка. Глава 13. ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТЕЛ § 13.2. Линейное расширение твердых тел при нагревании. § 13.3. Объемное расширение тел при нагревании. Зависимость плотности вещества от температуры. § 13.4. Особенности теплового расширения твердых тел. § 13.5. Некоторые особенности теплового расширения жидкостей. § 13.6. Значение теплового расширения тел в природе и технике. Раздел II. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ Глава 14. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ. ЗАКОН КУЛОНА § 14.2. Явления, подтверждающие сложное строение атома.  § 14.3. Опыты Резерфорда. Ядерная модель строения атома. § 14.4. Понятие о строении атомов различных химических элементов. § 14.5. Электризация при соприкосновении незаряженных тел. § 14.6. Сила взаимодействия электрических зарядов. Закон Кулона. § 14.7. Диэлектрическая проницаемость среды. § 14.8. Международная система единиц СИ в электричестве. Электрическая постоянная. § 14.9. Электроскоп. Глава 15. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ § 15.2. Напряженность электрического поля. § 15.3. Линии напряженности электрического поля. § 15.4. Однородное поле. Поверхностная плотность заряда. § 15.5. Работа электрического поля при перемещении заряда. Потенциальная энергия заряда. § 15.6. Потенциал. Разность потенциалов и напряжение. Эквипотенциальные поверхности. § 15.7. Связь между напряженностью поля и напряжением. Градиент потенциала. § 15.8. Проводник в электрическом поле. § 15.9. Электрометр. § 15.10. Диэлектрик в электрическом поле. Поляризация диэлектрика.  § 15.11. Понятие о сегнетоэлектриках. § 15.12. Пьезоэлектрический эффект. § 15.13. Электроемкость проводника. § 15.14. Условия, от которых зависит электроемкость проводника. § 15.15. Конденсаторы. § 15.16. Соединение конденсаторов в батарею. § 15.17. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электрического поля. § 15.18. Опыт Милликена. Глава 16. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 16.2. Сила тока и плотность тока в проводнике. § 16.3. Замкнутая электрическая цепь. § 16.4. Электродвижущая сила источника электрической энергии. § 16.5. Внешняя и внутренняя части цепи. § 16.6. Закон Ома для участка цепи без э. д. с. Сопротивление проводника. Падение напряжения. § 16.7. Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника. § 16.8. Зависимость сопротивления от температуры. § 16.9. Сверхпроводимость. § 16.10. Эквивалентное сопротивление. § 16.11. Последовательное соединение потребителей энергии тока.  § 16.12. Параллельное соединение потребителей энергии тока § 16.13. Закон Ома для всей цепи. § 16.14. Соединение одинаковых источников электрической энергии в батарею. § 16.15. Закон Ома для участка цепи с э. д. с. и для всей цепи при нескольких э. д. с. Глава 17. РАБОТА, МОЩНОСТЬ И ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА § 17.2. Мощность электрического тока. § 17.3. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля — Ленца. § 17.4. Короткое замыкание. Практическое применение теплового действия тока. Глава 18. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ § 18.2. Контактная разность потенциалов. § 18.3. Термоэлектродвижущая сила. § 18.4. Явление Пельтье. § 18.5. Применение термоэлектрических явлений в науке и технике. Глава 19. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ § 19.2. Электролиз. § 19.3. Электролиз, сопровождающийся растворением анода. § 19.4. Количество вещества, выделяющегося при электролизе. Первый закон Фарадея. § 19.5. Второй закон Фарадея.  Определение заряда иона.§ 19.6. Использование электролиза в технике. § 19.7. Гальванические элементы. § 19.8. Аккумуляторы. § 19.9. Применение гальванических элементов и аккумуляторов в технике. Явление электрокоррозии. Глава 20. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ И В ВАКУУМЕ § 20.2. Зависимость силы тока в газе от напряжения. § 20.3. Электрический разряд в газе при атмосферном давлении. § 20.4. Электрический разряд в разреженных газах. Газосветные трубки и лампы дневного света. § 20.5. Излучение и поглощение энергии атомом. § 20.6. Катодные лучи. § 20.7. Понятие о плазме. § 20.8. Электрический ток в вакууме. § 20.9. Двухэлектродная лампа (диод). § 20.10. Трехэлектродная лампа (триод). § 20.11. Электронно-лучевая трубка. Глава 21. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ § 21.2. Чистые (беспримесные) полупроводники. Термисторы. § 21.3. Примесные полупроводники. § 21.4. Электронно-дырочный переход. § 21.5. Полупроводниковый диод.  § 21.6. Полупроводниковый триод (транзистор). Глава 22. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ § 22.2. Магнитное поле как особый вид материи. § 22.3. Магниты. § 22.4. Линии магнитной индукции. Понятие о вихревом поле. § 22.5. Магнитное поле прямолинейного тока, кругового тока и соленоида. § 22.6. Сравнение магнитных свойств соленоида и постоянного магнита. § 22.7. Сила взаимодействия параллельных токов. Магнитная проницаемость среды. § 22.8. Определение ампера. Магнитная постоянная. § 22.9. Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. § 22.10. Однородное магнитное поле. § 22.11. Магнитный момент контура с током. § 22.12. Работа при перемещении проводника с током в магнитном поле. Магнитный поток. § 22.13. Индукция магнитного поля, создаваемая в веществе проводниками с током различной формы. § 22.14. Напряженность магнитного поля и ее связь с индукцией и магнитной проницаемостью среды. § 22.15. Парамагнитные, диамагнитные и ферромагнитные вещества.  § 22.16. Намагничивание ферромагнетиков. Электромагнит. § 22.17. Работа и устройство амперметра и вольтметра. § 22.18. Сила Лоренца. Движение заряда в магнитном поле. § 22.19. Постоянное и переменное магнитные поля. Глава 23. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ § 23.2. Явление электромагнитной индукции. § 23.3. Э. д. с. индукции, возникающая в прямолинейном проводнике при его движении в магнитном поле. Правило правой руки. § 23.4. Опыты Фарадея. § 23.5. Закон Ленца для электромагнитной индукции. Объяснение диамагнитных явлений. § 23.6. Величина э. д. с. индукции. § 23.7. Вихревое электрическое поле и его связь с магнитным полем. § 23.8. Вихревые токи. § 23.9. Роль магнитных полей в явлениях, происходящих на Солнце и в космосе. § 23.10. Явление самоиндукции. Э. д. с. самоиндукции. § 23.11. Энергия магнитного поля. Раздел III. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Глава 24. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ § 24.2. Условия возникновения колебаний. § 24.  3. Классификация колебательных движений тела в зависимости от действующей на него силы.§ 24.4. Параметры колебательного движения. § 24.5. Величины, характеризующие мгновенное состояние колеблющейся точки. § 24.6. Гармоническое колебание. § 24.7. Уравнение гармонического колебания и его график. § 24.8. Математический маятник. § 24.9. Законы колебания математического маятника. Формула маятника. § 24.10. Физический маятник. § 24.11. Практические применения маятников. § 24.12. Упругие колебания. Превращение энергии при колебательном движении. § 24.13. Распространение колебательного движения в упругой среде. § 24.14. Перенос энергии бегущей волной. § 24.15. Поперечные и продольные волны. § 24.16. Волна и луч. Длина волны. § 24.17. Скорость распространения волн и ее связь с длиной волны и периодом (частотой) колебаний. § 24.18. Сложение колебаний, происходящих по одной прямой. § 24.19. Отражение волн. § 24.20. Стоячие волны.  § 24.21. Интерференция волн. § 24.22. Сложение колебаний с кратными частотами. Разложение сложного колебания на гармонические составляющие. § 24.23. Вынужденные колебания. Механический резонанс и его роль в технике. Глава 25. ЗВУК И УЛЬТРАЗВУК § 25.3. Громкость и интенсивность звука. § 25.4. Высота тона и тембр звука. § 25.5. Интерференция звуковых волн. § 25.6. Отражение и поглощение звука. § 25.7. Звуковой резонанс. § 25.8. Ультразвук и его применение в технике. Глава 26. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК § 26.2. Понятие об устройстве индукционных генераторов. § 26.3. Действующие значения э. д. с., напряжения и силы переменного тока. § 26.4. Индуктивность и емкость в цепи переменного тока. § 26.5. Преобразование переменного тока. Трансформатор. § 26.6. Индукционная катушка. § 26.7. Трехфазный ток. § 26.8. Получение, передача и распределение электрической энергии в народном хозяйстве СССР. Глава 27. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ § 27.  2. Затухающие электромагнитные колебания. Электрический резонанс.§ 27.3. Получение незатухающих колебаний с помощью лампового генератора. § 27.4. Токи высокой частоты и их применение. § 27.5. Электромагнитное поле как особый вид материи. § 27.6. Открытый колебательный контур. Излучение. § 27.7. Электромагнитные волны. Скорость их распространения. § 27.8. Опыты Герца. § 27.9. Изобретение радио А С. Поповым. Радиотелеграфная связь. § 27.10. Радиотелефонная связь. Амплитудная модуляция. § 27.11. Устройство простейшего лампового радиоприемника с усилителем низкой частоты. § 27.12. Понятие о радиолокации. Раздел IV. ОПТИКА. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Глава 28. ПРИРОДА СВЕТА. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА § 28.2. Понятие об электромагнитной теории света. Диапазон световых волн. § 28.3. Понятие о квантовой теории света. Постоянная Планка. § 28.4. Источники света. § 28.5. Принцип Гюйгенса. Световые лучи. § 28.6. Скорость распространения света в вакууме.  Опыт Майкельсона.§ 28.7. Скорость распространения света в различных средах. Глава 29. ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА § 29.2. Законы отражения света. § 29.3. Зеркальное и диффузное отражение. Плоское зеркало. § 29.4. Сферические зеркала. § 29.5. Построение изображений, получаемых с помощью сферических зеркал. Формула сферического зеркала. § 29.6. Законы преломления света. § 29.7. Абсолютный показатель преломления и его связь с относительным показателем преломления. § 29.8. Полное отражение света. Предельный угол. § 29.9. Прохождение света через пластинку с параллельными гранями и через трехгранную призму. Призма с полным отражением. Глава 30. ЛИНЗЫ. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ЛИНЗ § 30.2. Главные фокусы и фокальные плоскости линзы. § 30.3. Оптическая сила линзы. § 30.4. Построение изображения светящейся точки, расположенной на главной оптической оси линзы. § 30.5. Вывод формулы для сопряжеппых точек тонкой линзы. § 30.  6. Построение изображения светящейся точки, расположенной на побочной оптической оси линзы.§ 30.7. Построение изображений предмета, создаваемых линзой. § 30.8. Линейное увеличение, полученное с помощью линзы. § 30.9. Недостатки линз. Выясним, какие существенные недостатки встречаются у линз. Глава 31. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. ГЛАЗ § 31.2. Фотографический аппарат. § 31.3. Глаз как оптическая система. § 31.4, Длительность зрительного ощущения. § 31.5. Угол зрения. § 31.6. Расстояние наилучшего зрения. Оптические дефекты глаза. § 31.7. Увеличение оптического прибора. Лупа. § 31.8. Микроскоп. § 31.9. Труба Кеплера. Телескопы. § 31.10. Труба Галилея. Бинокль. Глава 32. ЯВЛЕНИЯ, ОБЪЯСНЯЕМЫЕ ВОЛНОВЫМИ СВОЙСТВАМИ СВЕТА § 32.2. Цвета тонких пленок. § 32.3. Интерференция в клинообразной пленке. Кольца Ньютона. § 32.4. Интерференция света в природе и технике. § 32.5. Дифракция света. § 32.6. Дифракционная решетка и дифракционный спектр.  Измерение длины световой волны.§ 32.7. Поляризация волн. § 32.8. Поляризация света. Поляроиды. § 32.9. Поляризация при отражении и преломлении света. Глава 33. ФОТОМЕТРИЯ § 33.2. Световой поток. § 33.3. Сила света. Единицы силы света и светового потока. § 33.4. Освещенность. § 33.5. Яркость. § 33.6. Законы освещенности. § 33.7. Сравнение силы света двух источников. Фотометр. Люксметр. Глава 34. ИЗЛУЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ. РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ § 34.2. Разложение белого света призмой. Сплошной спектр. § 34.3. Сложение спектральных цветов. Дополнительные цвета. § 34.4. Цвета тел. § 34.5. Ультрафиолетовая и инфракрасная части спектра. § 34.6. Роль ультрафиолетовых и инфракрасных лучей в природе. Их применение в технике. § 34.7. Приборы для получения и исследования спектров. § 34.8. Виды спектров. § 34.9. Спектры поглощения газов. Опыты Кирхгофа. § 34.10. Закон теплового излучения Кирхгофа. § 34.11. Законы теплового излучения Стефана — Больцмана, Вина, Планка.  § 34.12. Спектры Солнца и звезд. Их связь с температурой. § 34.13. Спектральный анализ. § 34.14. Понятие о принципе Доплера. § 34.15. Рентгеновские лучи и их практическое применение. § 34.16. Шкала электромагнитных волн. § 34.17. Виды космического излучения. Глава 35. ЯВЛЕНИЯ, ОБЪЯСНЯЕМЫЕ КВАНТОВЫМИ СВОЙСТВАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ § 35.2. Давление световых лучей. Опыты П. Н. Лебедева. § 35.3. Тепловое действие света. § 35.4. Химическое действие света. § 35.5. Использование химического действия света при фотографировании. Понятие о квантовой природе химического действия излучения. § 35.6. Внешний фотоэлектрический эффект. Опыты Столетова. § 35.7. Законы внешнего фотоэффекта. § 35.8. Объяснение фотоэффекта на основе квантовой теории. § 35.9. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. § 35.10. Внутренний фотоэффект. § 35.11. Фотосопротивления. § 35.12. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. § 35.13. Использование фотоэлементов в науке и технике.  § 35.14. Понятие о телевидении. § 35.15. Понятие о теории Бора. Строение атома водорода. § 35.16. Излучение и поглощение энергии атомами. § 35.17. Явление люминесценции. § 35.18. Понятие о квантовых генераторах. Глава 36. ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ § 36.2. Экспериментальные основы специальной теории относительности Эйнштейна. Постулаты Эйнштейна. § 36.3. Понятие одновременности. § 36.4. Относительность понятий длины и промежутка времени § 36.5. Теорема сложения скоростей Эйнштейна. § 36.6. Масса и импульс в специальной теории относительности. § 36.7. Связь между массой и энергией. Уравнение Эйнштейна. § 36.8. Связь между импульсом и энергией. Импульс и энергия фотонов. Раздел V. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА Глава 37. СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА § 37.2. Радиоактивность. § 37.3. Понятие о превращении химических элементов. § 37.4. Понятие об энергии и проникающей способности радиоактивного излучения. § 37.5. Эффект Вавилова — Черенкова.  § 37.6. Открытие искусственного превращения атомных ядер. § 37.7. Открытие нейтрона. § 37.8. Состав атомного ядра. Запись ядерных реакций. § 37.9. Изотопы. § 37.10. Понятие о ядерных силах. § 37.11. Дефект массы атомных ядер. Энергия связи. Глава 38. КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ § 38.2. Открытие позитрона. § 38.3. Нейтрино. § 38.4. Открытие новых элементарных частиц. § 38.5. Классификация элементарных частиц. § 38.6. Античастицы. Взаимные превращения вещества и поля. § 38.7. Гипотеза кварков. Глава 39. АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ § 39.2. Деление тяжелых атомных ядер. § 39.3. Цепная реакция деления. Ядерный взрыв. § 39.4. Ядерный реактор. § 39.5. Развитие ядерной энергетики в СССР. § 39.6. Понятие о термоядерной реакции. Энергия Солнца и звезд. § 39.7. Понятие об управляемой термоядерной реакции. § 39.8. Получение радиоактивных изотопов и их применение. Раздел VI. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО АСТРОНОМИИ Глава 40.  СТРОЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ§ 40.2. Происхождение и развитие небесных тел. § 40.3. Понятие о космологии. |
Что такое фокальная плоскость в фотографии? – frederikboving
В этом коротком блоге я дам ненаучным неспециалистам объяснение того, как я вижу фокальную плоскость в фотографии. Вы можете найти более технические и продвинутые объяснения, но здесь основное внимание уделяется тому, что вам нужно знать, чтобы использовать фокальную плоскость.
Большой зонт
Фокальная плоскость — это плоскость, в которой ваш объектив и камера вместе фокусируют объект. Таким образом, когда вы увеличиваете и уменьшаете масштаб, в видоискателе будут появляться резкие разные объекты. Если вы фотографируете человека, вы рискуете, что глаза будут не в фокусе, если вы сфокусируетесь на ушах или носу. Глаза очень важны в портретной фотографии, и, следовательно, все портретные фотографы и передовые системы автофокусировки обязательно увеличивают и обнаруживают глаза.
Это не проблема, если нос или ухо слегка размыты или не в фокусе.
Вы можете думать о фокальной плоскости как об одном большом виртуальном зонтике, который вы толкаете вперед и назад, поворачивая кольцо фокусировки на объективе. Именно там, где ткань зонта касается объекта, объект будет резким.
На картинке ниже вы можете видеть, что очки, которые я поставил в фокус, почти единственное, что находится в фокусе. И до, и после очков все не в фокусе:
Только одна фокальная плоскость
Важно понимать, что фокальная плоскость только одна. Неважно, насколько продвинутая у вас камера и насколько интеллектуальна система автофокуса вашей камеры, физика и механика не меняются. Имеется только одна фокальная плоскость. Толкать вперед-назад можно только один «зонт». Сделать это можно с помощью автофокуса или ручного фокуса, но есть только один.
Я говорю это, потому что, когда вы видите или читаете некоторые производители камер, добавляющие новейшие и лучшие технологии автофокусировки, у вас создается впечатление, что интеллектуальные системы преодолели все проблемы с фокусировкой и резкостью.
Нет, потому что они не могут коренным образом изменить тот факт, что в каждый момент времени в фокусе может находиться только одна плоскость.
Есть и хорошие новости…
Хорошие новости — и то, что спасало меня много раз — это то, что немного до и немного после фокальной плоскости есть дополнительная область, где объект кажется резким. Это известно как глубина резкости. Хорошей новостью является то, что вы можете увеличить (или уменьшить) глубину резкости, если вы измените диафрагму. Маленькая диафрагма (большое число диафрагм) дает большую глубину резкости. Другими словами, если у вас маленькая диафрагма (большое число диафрагмы, например, f/16), есть место для люфта.
В фотографии не бывает бесплатных обедов. Так что расплатой за маленькую диафрагму является то, что она пропускает очень мало света, а это означает, что вам нужно поднять либо ISO, либо оставить затвор открытым на более длительное время, либо и то, и другое. Это создает риск дрожания камеры и размытия объекта, а это означает, что ваши снимки в любом случае будут выглядеть не такими четкими.
Так что приходится балансировать, находить компромисс. В этом отношении сложно дать общий совет, но попробуйте начать со средней диафрагмы (скажем, f/5,6) и постепенно увеличивайте или уменьшайте ее, пока не найдете хороший компромисс.
Глубина резкости также зависит от вашего расстояния до объекта, поэтому чем ближе вы к объекту, тем меньше будет глубина резкости в абсолютном выражении. Это то, что вызывает много головной боли, например, у цветочных фотографов. Здесь в игру вступает фокус-стекинг, но это тема для другого блога.
Вопросы и комментарии
Спасибо, что дочитали до этого места. Я надеюсь, что вы нашли этот блог полезным. Вопросы и комментарии (и лайки!) более чем приветствуются!
Нравится:
Нравится Загрузка…
Автор Frederik BøvingОпубликовано Рубрики Фокус, Обучение фотографииМетки Фокальная плоскость, Что такое фокальная плоскость?ПРИБОРЫ
ПРИБОРЫДалее: Детекторы Up: AY535 классные заметки Предыдущий: Астрономическая оптика и телескопы
Подразделы
- Расположение оптики
- Преломляющая оптика и хроматическая аберрация
- Полевые плющилки
- Восстановители изображения в фокальной плоскости
- Восстановители изображений зрачков
- Фильтры
- Интерферометр Фабри-Перо
- Спектрографы
- Астрономические спектрографы
- Диспергирующие элементы
- Рабочие элементы: использование спектрографа
- Недисперсионная спектроскопия
(Весь раздел в одном файле PDF).
Часто астрономы используют дополнительную оптику между телескопом и их детектор. Вместе с детектором они составляют инструмент .
Расположение оптики
Прежде чем вдаваться в подробности, рассмотрим эффект размещения оптики в разных местах в оптической системе, например, в телескопе.
Оптика, расположенная в фокальной плоскости или рядом с ней, будет влиять на изображения в другом поле. углы разные. Оптика в фокальной плоскости не повлияет на изображение качество при любом заданном угле поля зрения; однако такая оптика может быть использована для управлять расположением изображения зрачок телескопа.
Оптика, расположенная в плоскости зрачка или рядом с ней, будет влиять на изображения при всех углах поля зрения. аналогично, и будет влиять на качество изображения.
Еще одно важное общее соображение: пропускная способность! Все поверхности теряют свет на каком-то уровне….
Преломляющая оптика и хроматическая аберрация
Во многих приборах вместо зеркал используются линзы: их можно
дешевле и приводят к более компактным конструкциям.
Напомним, однако, что когда
линзы, будут возникать хроматические эффекты, потому что индекс
преломление стекол меняется с длиной волны. Хотя они часто могут
быть сведена к минимуму за счет использования нескольких элементов для создания ахроматического
комбинации, они не всегда незначительны. В частности, если
прибор используется на нескольких длинах волн, может потребоваться некоторая перефокусировка.
обязательный.
Выравниватели полей
Как мы уже говорили, все стандартные двухзеркальные телескопы имеют изогнутое фокусное расстояние. самолеты. Можно сделать простую линзу для коррекции поля кривизна. Мы знаем, что плоскопараллельная пластина сдвинет изображение сбоку, в зависимости от толщины пластины. Если мы не хотим влияет на качество изображения, только расположение, нам нужен корректирующий элемент располагаться вблизи фокальной плоскости.
Следовательно, мы можем поставить линзу вплотную к фокальной плоскости телескопа.
чтобы выровнять поле. Для поля, которое изгибается в сторону вторичного
зеркало, можно обнаружить, что правильная форма для выравнивания поля — это всего лишь
плосковогнутая линза с изогнутой стороной в сторону вторички.
Часто,
Выравниватель поля встроен в детекторный дьюар в виде окна Дьюара.
Восстановители изображения в фокальной плоскости
Фокальный реимиджер — это система повторного изображения, которая уменьшает/увеличивает изображение. фокальной плоскости телескопа.
Мотивация: зачем вам увеличивать или уменьшать фокальную плоскость?
В простом виде он состоит из двух линз: коллиматор и объектив камеры. Линза коллиматора расположена так, что фокальная плоскость телескопа находится на фокусном расстоянии коллиматора, так что он преобразует луч телескопа в коллимированный луч (примечание что светосила самой коллимирующей линзы будет больше, чем телескопа так, чтобы луч не заполнил линзу, чтобы учесть также внеосевой свет). Затем объектив камеры перефокусирует световой поток. с желаемым фокусным расстоянием. Увеличение системы определяется выражением:
м =
Следовательно, масштаб в плоскости изображения фокального реимиджера — это просто масштаб в фокальная плоскость телескопа, умноженная на коэффициент фокусного расстояния камеры к телескопу.
Обратите внимание, что при использовании реимиджера в фокальной плоскости не обязательно получать новый масштаб «для свободно». Фокальная система восстановления изображения может вносить дополнительные аберрации. что приводит к снижению качества изображения. Кроме того, человек всегда теряет некоторый свет на каждой дополнительной оптической поверхности от отражения и/или рассеивание, поэтому чем больше оптики в системе, тем ниже общее пропускная способность.
Обратите внимание, что можно выполнить фокальное уменьшение/расширение без повторного изображения , т. е. поместив оптику в сходящийся луч.
Восстановители изображений зрачков
Часто дополнительная линза, называемая полевой линзой , размещается внутри или рядом с
фокальной плоскости телескопа. Это не влияет на уменьшение фокуса, но
используется для повторного изображения зрачка телескопа где-то в устройстве повторного изображения.
Одна из причин, по которой это может быть сделано, состоит в том, чтобы свести к минимуму размер коллиматора.
объектив должен быть для получения внеосевых изображений. Размер полевой линзы
сам по себе зависит от желаемого размера поля, которое нужно
перерисовать.
Еще одно использование повторного изображения зрачка — когда кто-то строит .
коронограф , система визуализации, предназначенная для наблюдения за слабыми источниками
рядом с очень яркими. Проблема в том, чтобы увидеть слабый источник
свет от яркого, как от рассеянного света, так и от дифракции, и
иногда из-за эффектов детектора (например, утечка заряда в ПЗС).
Частичное решение состоит в том, чтобы поместить затеняющее пятно в фокусе телескопа.
плоскость, которая удаляет большую часть света от яркого объекта. Однако,
дифракционная структура все еще остается проблемой. оказывается можно убрать
это путем повторного изображения зрачка после затемняющего пятна и наложения маски
по краям, являющимся источником дифракции; эта маска
называется остановкой Лио. Полученное изображение в фокальной плоскости фокального
Редуктор свободен как от яркого источника, так и от дифракционной структуры.
Обратите внимание, что для действительно высококонтрастного изображения вам также необходимо учитывать другие источники света дальнего поля, включая свет, рассеянный от мелкомасштабных особенности на оптических элементах и свет в дальней зоне от зрения. Для минимизации первого требовалась очень гладкая оптика, а для минимизации для последнего требуется высокоэффективная адаптивная оптика (например, «экстремальный АО»).
Восстановители изображений зрачков также широко используются в ИК-системах для уменьшения излучения.
через холодные остановки зрачка. Проблема в том, что сам телескоп
способствует инфракрасному излучению, которое действует как дополнительный фон в
ваши наблюдения. Вы мало что можете сделать с выбросами из
основной, так как вам нужно видеть свет от основного, чтобы увидеть ваш
объект! Тем не менее, вы можете заблокировать излучение из областей зрачков.
которые уже затемнены, например, вторичной и/или
вторичные опорные конструкции. Для этого вы надеваете маску на зрачок
самолет.
Однако очевидно, что маска должна быть холоднее телескопа.
сама по себе, иначе маска будет мешать фону, поэтому обычно
помещается в сосуд Дьюара, содержащий детектор и оптику камеры (которая
иначе светился бы!).
Фильтры
Фильтры используются в оптических системах (обычно в системах визуализации) для ограничивают наблюдаемый диапазон длин волн. Таким образом, используя несколько фильтров предоставляет цветовую информацию об изучаемом объекте. В целом, фильтры условно классифицируются как широкополосные ( > ∼1000Å в ширину), средняя полоса (100 < ∼1000 Å), или узкая полоса ( 1 < ∼100 Å).
Возможно, лучшее различие между различными фильтрами заключается в том, что
они фильтруют свет. Многие широкополосные
фильтры работают с использованием цветного стекла, содержащего пигменты, которые поглощают
определенные длины волн света и пропускают другие. Бандпассы могут быть
построены с использованием нескольких видов цветного стекла. Обычно это
самые недорогие фильтры.
Отдельный метод фильтрации использует принцип интерференции , дающий то, что называется интерференционные фильтры. Они сделаны с использованием двух частично отражающих пластины, разделенные расстоянием d друг от друга. Принцип довольно прост:
Диаграмма фильтра помех Когда свет с разных путей конструктивно сочетается, свет передается; когда он сочетается деструктивно, это не так. Простая геометрия дает:
мλ = 2 й cos θ
Из этого выражения видно, что полоса пропускания фильтра будет
зависят от угла падения. Следовательно, узкополосные фильтры будут
имеют переменные полосы пропускания по полю, если они расположены в
коллимированный пучок; это может вызвать большие трудности в интерпретации!
Однако если фильтр расположен в фокальной плоскости или в сходящемся луче,
сочетание углов падения расширит полосу пропускания фильтра. Это может
быть серьезным эффектом в быстром луче. Полосы пропускания интерференционных фильтров
также может влиять температура.
Поскольку интерференционные фильтры будут пропускать свет с целым числом кратным длина волны, лишние заказы часто должны быть заблокированы. Это можно сделать довольно легко с цветным стеклом.
Ширина полосы пропускания узкополосного фильтра определяется выражением степень отражения от каждой поверхности. Оба центра длины волны и ширина может быть настроена с использованием нескольких полостей и / или нескольких отражающие слои, и большинство фильтров, используемых в астрономии, относятся к этому типу. сложный тип.
Те же принципы, по которым изготавливаются интерференционные фильтры, используются для сделать просветляющие покрытия.
Обратите внимание, что фильтры могут вносить аберрации, пыльные пятна, отражения и т. д.; один необходимо учитывать эти вопросы при принятии решения о расположении фильтров в оптической системе.
Интерферометр Фабри-Перо
В системе Фабри-Перо используется настраиваемый интерференционный фильтр.
Фильтр настраивается по длине волны путем регулировки одного из
- интервал,
- показатель преломления (обычно изменяется при изменении давления), или
- наклон интерференционного фильтра.
Снимок, сделанный с помощью системы Фабри-Перо, охватывает несколько длин волн.
потому что эталон находится в коллимированном пучке между двумя
элементы фокального редуктора. При каждой настройке эталона наблюдается
изображение, которое имеет кольца постоянной длины волны. Путем настройки эталона
чтобы задать разные длины волн в каждом месте, нужно создать «данные
куб», через который наблюдения на постоянной длине волны вырезают некоторые
поверхность. Следовательно, для извлечения информации о постоянной длине волны из
Фабри-Перо использует несколько достаточно сложных методов редукции.
Это усложняется еще и тем, что для получения точных количественных
информации, требуется, чтобы атмосферные условия были стабильными в течение
все время, пока берется куб данных.
Спектрографы
Спектрограф — это прибор, который разделяет разные длины волн. света, чтобы их можно было измерить независимо друг от друга. Большинство спектрографов работают с помощью рассеивающего элемента , который направляет свет разных длины волн в разных направлениях.
Производительность
Спектрограф характеризуется дисперсией , что дает
количество разделенных длин волн и разрешение ,
что дает наименьшую разницу в длине волны между двумя разными
монохроматические источники могут быть разделены.
Дисперсия зависит от характеристики диспергирующего элемента.
Различные элементы можно охарактеризовать угловой дисперсией, dθ / dλ или, альтернативно, обратная угловая дисперсия, dλ / dθ .
На практике нас часто интересуют линейные
дисперсия, dx / dλ = f 2 dθ / dλ или обратная линейная дисперсия, dλ / dx = dλ / dθ где последнюю часто называют просто дисперсией в
астрономическом контексте и обычно указывается в Å/мм или Å/пиксель.
Если рассматриваемый источник вытянут, ясно, что любой свет,
исходит из областей, параллельных направлению дисперсии, будет перекрываться
в длине волны с другим светом, что приводит к очень запутанному изображению
интерпретировать. По этой причине спектрографы обычно используют со щелями.
или отверстия в фокальной плоскости для ограничения входящего света. Примечание
что одно измерение пространственной информации может быть сохранено, что приводит к
так называемый спектроскопия с длинной щелью . Если есть один
доминирующий точечный источник в плоскости изображения, или если они далеко разнесены
достаточно (обычно в сочетании с низкой дисперсией), чтобы спектры
не перекрываются, спектроскопию можно проводить в бесщелевом режиме .
Однако обратите внимание, что в режиме без щелей можно значительно повлиять на
по излучению неба.
Разрешение зависит от ширины щели или размера изображения. изображение в безщелевом режиме, потому что все, что делает спектрограф, это создает изображение фокальной плоскости после рассеивания света. «Ширина» спектральная линия будет задана шириной щели или изображения, в зависимости от того, что меньше. В действительности ширина спектральной линии есть свертка профиля щели/изображения с дифракцией. Пространственное разрешение Детектор также может быть важен.
Обратите внимание, что пропускная способность также может зависеть от ширины щели, в зависимости от на видении, поэтому максимальное разрешение может быть достигнуто за счет пропускной способности.
Учитывая линейную ширину щели или изображения, ω (или угловую ширину, φ = ω / f , где f — фокусное расстояние телескопа) и высота h (или φ ′ = h / f ), получаем изображение щели который имеет ширину, ω ′ и высота h ′ , заданная формулой
ч ′ = ч
ω ′ = rω
где мы допустили, что рассеивающий элемент может увеличивать/уменьшать изображение в направлении рассеивания на коэффициент r , что называется анаморфотное увеличение.
Используя это, мы можем получить разницу в длине волны между двумя монохроматические источники, разделяемые системой.
δλ = ω ′
δλ = rω
Чем больше щель, тем меньше разрешающая способность.Разрешение часто характеризуется в безразмерном виде
Р ≡ =
Обратите внимание, что существует максимальное разрешение, разрешенное дифракцией. Этот разрешение дается приблизительно, отмечая, что минимальные углы, которые можно разделить приблизительно λ / д 2 , где д 2 — ширина луча на объективе камеры, от которой минимальная расстояние, которое можно разделить, равно:
ω мин = ф 2
Ширина щели, соответствующая этому пределу, определяется выражением:ω ′ = rω = f 2
илиω =
и максимальное разрешение R макс.
= = д 2
Астрономические спектрографы
Безщелевые спектрографы: обычно нужно работать низкая дисперсия (или узкий спектральный диапазон) во избежание перекрытия спектра. Проблема с фоном: так как свет со всех углов поля включены, это эффективно рассеивает объектный свет, но не задний план.
Спектрографы с длинной щелью: стандартный спектрограф, как обсуждалось выше. Предотвращает перекрытие спектра, ограничивая спектр линией в небе.
Slitlets: многообъектные данные. Разбейте одну длинную щель на отдельные прорези, избегая перекрытия за счет конструкции щелевой маски. Обратите внимание, что каждая щель будет иметь свою собственную калибровку длины волны.
Волоконные спектрографы: многообъектные данные. Используйте волокна для выбора объекты, затем выровняйте другие концы волокон в псевдощель.
Интегрально-полевые спектрографы. Получить информацию о спектрах
2D поле. Либо использовать волокна для выполнения, либо оптическую конфигурацию,
например с линзами, о.
о. слайсер изображений.
Диспергирующие элементы
призмы
Пожалуй, самым простым концептуальным рассеивающим элементом является призма, которая рассеивает свет, потому что показатель преломления многих стекол функция длины волны. Из закона Снеллиуса следует, что:
где t — базовая длина, а d — ширина луча. Обратите внимание, что призмы не имеют анаморфного увеличения ( r = 1). Ограничение разрешение призмы сверху:R макс. = = d 2
R макс. = т
Вы обнаружите, что dn / dλ ∝ λ -3 для многих стекол.
Обычно призмы имеют R < 1000. Следовательно, призмы используются редко.
как основной рассеивающий элемент в астрономических спектрографах. Они
иногда используются в качестве кросс-диспергирующих элементов.Решетки
Дифракционные решетки работают по принципу многощелевой интерференции. Дифракционная решетка — это всего лишь оптический элемент с множеством канавок, или щели (не путать со щелью в спектрографе!). Дифракционные решетки могут быть как пропускающими, так и отражающими. Яркие области образуются там, где свет заданной длины волны от разные канавки конструктивно мешает.
mλ = σ ( sinβ + sinα )
для отражательной решетки, где σ — шаг штрихов, м — порядок, а α и β являются углы падения и дифракция измеряется от нормали к поверхности решетки.Затем можно получить дисперсию решетки:
=
Видно, что дисперсия тем выше, чем выше порядок, и для более мелкая линейчатая решетка.
Уравнение можно переписать как=
из чего видно, что высокая дисперсия также может быть достигнута за счет работает при больших значениях α и β . Это принцип решетки эшелле, которая имеет большие σ и работает на высоких м , α и β и обеспечивает высокую дисперсию и разрешение. Ан Преимущество этого в том, что можно получить большую долю света над широкая полоса пропускания в ряду соседних порядков.Типичные решетки имеют плотность штрихов от 300 до 1200 штрихов/мм. Решетки Echelle имеют плотность штрихов от 30 до 300 штрихов/мм.
Обратите внимание, что свет разных порядков может падать в одно и то же место, что приводит к к большому замешательству! Это происходит, когда
мλ ′ = ( м + 1) λ
илиλ ′ — λ =
Перекрытия заказов можно избежать с помощью фильтра блокировки заказов или с помощью кросс-диспергатора.
Первый чаще встречается у малых м ,
последний для больших м .Порядок решетки перекрывается
Можно сравнить решетки, работающие в низком порядке, те, которые работают в высоком порядок и призмы, и обнаруживается, что доступно более высокое разрешение от решеток, и что эшелли предлагают более высокое разрешение, чем обычные решетки низкого порядка.
Можно получить анаморфотное увеличение для решетки, посмотрев на как β изменяется по мере изменения α при фиксированном λ . Один находит который:
р = = =
где d — диаметры лучей. Обратите внимание, что более высокое разрешение происходит, когда r < 1, или β < α .R макс. = = d 2
R макс. = = = мН
где W — ширина решетки ( = d 2 /cos β ), а N – это общее количество линий в решетке.
Мы также можем обсудить эффективность решетки , долю инцидента свет, направленный в заданном порядке дифрагирования. обнаруживается, что для простая решетка, меньше света дифрагирует в более высокие порядки. Однако, можно построить решетку, которая может максимизировать свет, попадающий в любой желаемый порядок пылающей решеткой, которая включает в себя наклон каждого грань решетки под некоторым углом блеска. Угол свечения выбирается таким максимизировать эффективность на какой-то конкретной длине волны в какой-то конкретной заказ; устанавливается таким образом, чтобы угол дифракции для этого порядка и Длина волны равна углу отражения от поверхности решетки. функция вспышки дает эффективность как функцию длина волны.
Частным случаем высокой эффективности является случай, когда угол падения равен
угол дифракции, то есть дифрагированный свет на желаемой длине волны
возвращается в том же направлении в падающем свете. Это называется
конфигурация Литтроу; высокоэффективные спектрографы часто пытаются работать
близко к этой конфигурации.
Гризмы
Грима представляет собой комбинацию призмы и дифракционной решетки. Это объединены таким образом, что свет рассеивается, но свет с выбранной центральной длиной волны прошел через гризму с неизменным направлением. Эта функция позволяет гризмы, которые нужно поместить в систему визуализации (например, в колесо фильтров), чтобы обеспечивают спектроскопические (обычно с низким разрешением) возможности.
Операционные элементы: использование спектрографа
Выбор дисперсии: охват длины волны в сравнении с дисперсией/разрешением,
доступные решетки и т.
д. Использование наклона решетки для выбора длины волны
диапазон.
Выбор ширины щели (наука, зрение).
Как поместить предмет в щель. Изображение щели. Щелевые смотровые камеры.
(ОТЛОЖИТЕ СЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ ПО СОКРАЩЕНИЮ ДАННЫХ???)
Калибровка спектрографа (не включая базовую калибровку детектора, скоро обсудим).
Калибровка длины волны: соответствие между положением пикселя (в размер) и длина волны. Дуговые лампы, решения для длин волн. Тонкости: экстраполяция, кривизна линии, изгиб (с использованием линий горизонта для калибровки).
Калибровка потока: относительные потоки на разных длинах волн. Спектрофотометрический стандарты. Тонкости: дифференциальная рефракция
Спектральное извлечение: извлечение объектов и вычитание неба. Тонкости: S-дисторсия, дифференциальная рефракция: спектральные следы. Проблемы: изменение фокуса вдоль щели и значения для вычитания линии неба, рассеянный свет.
Относительные потоки вдоль щели: вариации ширины щели.
Примеры типичных спектров: линейчатые лампы, плоские поля, звездчатые спектры, спектры галактик. Эмиссия ночного неба.
Недисперсионная спектроскопия
Также можно использовать интерференционные эффекты для измерения спектральной энергии. распределители вместо рассеивающего элемента. Фабри-Перо – это пример такого типа инструмента, хотя он не записывает все длины волны одновременно.
T ( k , Δx ) = [ a + cos(2 kΔx )]
а поток после интегрирования по всем длинам волн равен: F ( Δx ) = C I ( K ) T ( K , Δx ) DK = C DK = C .