Оптика для чайников: Оптика — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Содержание

Оптика - Физика - Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

 

Основные теоретические сведения

Световые волны

К оглавлению...

Свет – это электромагнитные волны, длины волн которых лежат для среднего глаза человека в пределах от 400 до 760 нм. В этих пределах свет называется видимым. Свет с наибольшей длиной волны кажется нам красным, а с наименьшей – фиолетовым. Запомнить чередование цветов спектра легко с помощью поговорки «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан». Первые буквы слов поговорки соответствуют первым буквам основных цветов спектра в порядке убывания длины волны (и соответственно возрастания частоты): «Красный – Оранжевый – Желтый – Зеленый – Голубой – Синий – Фиолетовый». Свет с большими, чем у красного, длинами волн, называется

инфракрасным. Его наш глаз не замечает, но наша кожа фиксирует такие волны в виде теплового излучения. Свет с меньшими, чем у фиолетового, длинами волн, называется ультрафиолетовым.

Электромагнитные волны (и, в частности, световые волны, или просто свет) – это распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы электрической напряженности и магнитной индукции перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Световые волны, как и любые другие электромагнитные волны, распространяются в веществе с конечной скоростью, которая может быть рассчитана по формуле:

где: ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные: ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м, μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м.

Скорость света в вакууме (где ε = μ = 1) постоянна и равна с = 3∙108 м/с, она также может быть вычислена по формуле:

Скорость света в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных. Если свет распространяется в какой-либо среде, то скорость его распространения также выражается следующим соотношением:

где: n – показатель преломления вещества – физическая величина, показывающая во сколько раз скорость света в среде меньше чем в вакууме. Показатель преломления, как видно из предыдущих формул, может быть рассчитан следующим образом:

  • Свет переносит энергию. При распространении световых волн возникает поток электромагнитной энергии. 
  • Световые волны испускаются в виде отдельных квантов электромагнитного излучения (фотонов) атомами или молекулами.

Кроме света существуют и другие виды электромагнитных волн. Далее они перечислены по уменьшению длины волны (и соответственно, по возрастанию частоты):

  • Радиоволны;
  • Инфракрасное излучение;
  • Видимый свет;
  • Ультрафиолетовое излучение;
  • Рентгеновское излучение;
  • Гамма-излучение.

 

Интерференция

К оглавлению...

Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Оно связано с перераспределением световой энергии в пространстве при наложении так называемых когерентных волн, то есть волн, имеющих одинаковые частоты и постоянную разность фаз. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра.

Для расчета интерференции используется понятие оптической длины пути. Пусть свет прошел расстояние L в среде с показанием преломления n. Тогда его оптическая длина пути рассчитывается по формуле:

Для интерференции необходимо наложение хотя бы двух лучей. Для них вычисляется

оптическая разность хода (разность оптических длин) по следующей формуле:

Именно эта величина и определяет, что получится при интерференции: минимум или максимум. Запомните следующее: интерференционный максимум (светлая полоса) наблюдается в тех точках пространства, в которых выполняется следующее условие:

Разность фаз колебаний при этом составляет:

При m = 0 наблюдается максимум нулевого порядка, при m = ±1 максимум первого порядка и так далее. Интерференционный минимум (темная полоса) наблюдается при выполнении следующего условия:

Разность фаз колебаний при этом составляет:

При первом нечетном числе (единица) будет минимум первого порядка, при втором (тройка) минимум второго порядка и т.д. Минимума нулевого порядка не бывает.

 

Дифракция. Дифракционная решетка

К оглавлению...

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий, размеры которых сопоставимы с длиной волны света (огибание светом препятствий). Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени (то есть быть там, где его быть не должно).

Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Дифракционные решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки. У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50–100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки.

При нормальном падении света на дифракционную решетку в некоторых направлениях (помимо того, в котором изначально падал свет) наблюдаются максимумы. Для того, чтобы наблюдался интерференционный максимум, должно выполняться следующее условие:

где: d – период (или постоянная) решетки (расстояние между соседними штрихами), m – целое число, которое называется порядком дифракционного максимума. В тех точках экрана, для которых это условие выполнено, располагаются так называемые главные максимумы дифракционной картины.

 

Законы геометрической оптики

К оглавлению...

Геометрическая оптика – это раздел физики, в котором не учитываются волновые свойства света. Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.

Оптически однородная среда

- это среда, во всем объеме которой показатель преломления остаётся неизменным.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Этот закон приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны (в этом случае наблюдается дифракция).

На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а частично пройти через границу и распространяться во второй среде.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α. Заметьте, что все углы в оптике измеряются от перпендикуляра к границе раздела двух сред.

Закон преломления света (закон Снеллиуса): падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред, и определяется выражением:

Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В.Снеллиусом в 1621 году. Постоянную величину n21 называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Среду с большим значением абсолютного показателя называют оптически более плотной, а с меньшим – менее плотной. При переходе из менее плотной среды в более плотную луч «прижимается» к перпендикуляру, а при переходе из более плотной в менее плотную – «удаляется» от перпендикуляра. Единственный случай, когда луч не преломляется, это если угол падения равен 0 (то есть лучи перпендикулярны границе раздела сред).

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n2 < n1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного внутреннего отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол αпр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения. Для угла падения α = αпр, sinβ = 1, так как β = 90°, это значит, что преломленный луч идет вдоль самой границы раздела, при этом, согласно закону Снеллиуса, выполняется следующее условие:

Как только угол падения становиться больше предельного, то преломленный луч уже не просто идет вдоль границы, а он и вовсе не появляется, так как его синус теперь уж должен быть больше единицы, а такого не может быть.

 

Линзы

К оглавлению...

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой.

Линзы бывают собирающими и рассеивающими. Если показатель преломления линзы больше, чем окружающей среды, то собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше. Если показатель преломления линзы меньше, чем окружающей среды, то всё наоборот.

Прямая, проходящая через центры кривизны сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы. В случае тонких линз можно приближенно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую принято называть оптическим центром линзы. Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления. Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями

.

Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи (или их продолжения) соберутся в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы. У тонкой линзы имеются два главных фокуса, симметрично расположенных относительно линзы на главной оптической оси. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих – мнимые. Расстояние между оптическим центром линзы O и главным фокусом F называется фокусным расстоянием. Оно обозначается той же буквой F.

Правила построения хода луча в линзах

К оглавлению...

Формула линзы

К оглавлению...

Основное свойство линз – способность давать изображения предметов. Изображение – это точка пространства, где пересекаются лучи (или их продолжения), испущенные источником после преломления в линзе. Изображения бывают прямыми и перевернутыми, действительными (пересекаются сами лучи) и мнимыми (пересекаются продолжения лучей), увеличенными и уменьшенными.

Положение изображения и его характер можно определить с помощью геометрических построений. Для этого используют свойства некоторых стандартных лучей, ход которых известен. Это лучи, проходящие через оптический центр или один из фокусов линзы, а также лучи, параллельные главной или одной из побочных оптических осей.

Для простоты можно запомнить, что изображение точки будет точкой. Изображение точки, лежащей на главной оптической оси, лежит на главной оптической оси. Изображение отрезка – отрезок. Если отрезок перпендикулярен главной оптической оси, то его изображение перпендикулярно главной оптической оси. А вот если отрезок наклонен к главной оптической оси под некоторым углом, то его изображение будет наклонено уже под некоторым другим углом.

Изображения можно также рассчитать с помощью формулы тонкой линзы. Если кратчайшее расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а кратчайшее расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде:

Величину D, обратную фокусному расстоянию. называют оптической силой линзы. Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.

Фокусным расстояниям линз принято приписывать определенные знаки: для собирающей линзы F > 0, для рассеивающей F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.

Величины d и f также подчиняются определенному правилу знаков: f > 0 – для действительных изображений; f < 0 – для мнимых изображений. Перед d знак «–» ставится только в том случае, когда на линзу падает сходящийся пучок лучей. Тогда их мысленно продлевают до пересечения за линзой, помещают туда воображаемый источник света, и определяют для него расстояние d.

В зависимости от положения предмета по отношению к линзе изменяются линейные размеры изображения. Линейным увеличением линзы Γ называют отношение линейных размеров изображения и предмета. Для линейного увеличения линзы существует формула:

Во многих оптических приборах свет последовательно проходит через две или несколько линз. Изображение предмета, даваемое первой линзой, служит предметом (действительным или мнимым) для второй линзы, которая строит второе изображение предмета и так далее.

Геометрическая оптика в жизни: законы, основы и элементы

Геометрическая оптика – предельно простой случай оптики.  По сути, это упрощенная версия волновой оптики, которая не рассматривает и просто не предполагает таких явлений, как интерференция и дифракция. Тут все упрощено до предела. И это хорошо.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Основные понятия

Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором рассматриваются законы распространения света в прозрачных средах, законы отражения света от зеркальных поверхностей, принципы построения изображений при прохождении света через оптические системы.

Важно! Все эти процессы рассматриваются без учета волновых свойств света!

В жизни геометрическая оптика, являясь крайне упрощенной моделью, тем не менее, находит широкое применение. Это как классическая механика и теория относительности. Произвести нужный расчет чаще всего гораздо легче в рамках классической механики.

Основное понятие геометрической оптики – световой луч.

Отметим, что реальный световой пучок не распространяется вдоль линии, а имеет конечное угловое распределение, которое зависит от поперечного размера пучка. Геометрическая оптика пренебрегает поперечными размерами пучка.

Приведем далее основные законы геометрической оптики.

Закон прямолинейного распространения света

Этот закон говорит нам о том, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Иными словами, из точки А в точку Б свет движется по тому пути, который  требует минимального времени на преодоление.

Закон независимости световых лучей

Распространение световых лучей происходит независимо друг от друга. Что это значит? Это значит, что геометрическая оптика предполагает, что лучи не влияют друг на друга. И распространяются так, будто других лучей и вовсе нет.

Закон отражения света

Когда свет встречается с зеркальной (отражающей) поверхностью, происходит отражение, то есть изменение направления распространения светового луча. Так вот, закон отражения гласит, что падающий и отраженный луч лежат в одной плоскости вместе с проведенной к точке падения нормалью. Причем угол падения равен углу отражения, т.е. нормаль делит угол между лучами на две равные части.

 

Закон преломления (Снеллиуса)

На границе раздела сред наряду с отражением происходит и преломление, т.е. луч разделяется на отраженный и преломленный.

Кстати! Для всех наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Закон преломления света

Отношение синусов углов падения и преломления является постоянной величиной и равняется отношению показателей преломления этих сред. Еще эта величина называется показателем преломления второй среды относительно первой.

Здесь стоит отдельно рассмотреть случай полного внутреннего отражения. При распространении света из оптически более плотной среды в менее плотную угол преломления по величине больше угла падения. Соответственно, при увеличении угла падения будет увеличиваться и угол преломления. При  некотором предельном угле падения угол преломления станет равным 90 градусов. При дальнейшем увеличении угла падения свет не будет преломляться во вторую среду, а интенсивность падающего и отраженного лучей будут равны. Это называется полным внутренним отражением.

Закон обратимости световых лучей

Представим, что луч, распространяясь в каком-то направлении, претерпел ряд изменений и преломлений.  Закон обратимости световых лучей гласит, что если пустить навстречу этому лучу другой луч, то он пойдет по тому же пути, что и первый, но в обратном направлении.

Мы продолжим изучать основы геометрической оптики, а в будущем мы обязательно рассмотрим примеры решения задач на применение различных законов. Ну а если сейчас у вас имеются какие-либо вопросы, добро пожаловать за верными ответами к специалистам студенческого сервиса. Мы поможем решить любую задачу!

Автор: Иван

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Оптика для чайников Чит-лист - манекены 2021

Гален С. Дюре, младший

Оптика охватывает изучение света. Три явления - отражение, рефракция и дифракция - помогут вам предсказать, куда пойдет луч или лучи света. Другие важные темы оптики включают помехи, поляризацию и волоконную оптику.

Уравнения отражения и рефракции для прогнозирования направления света

Отражение и преломление - это два процесса, которые меняют направление света света. Используя уравнения для расчета отражения и рефракции, вы можете предсказать, куда пойдут лучи, сталкивающиеся с поверхностью, независимо от того, отражают они или преломляют (отскакивают от поверхности или изгибаются через нее) - что является важным понятием при изучении оптики. Следующие уравнения помогают определить углы отражения и рефракции:

  • Закон отражения: Закон отражения показывает зависимость между углом падения и углом отражения для луча света, падающего на поверхность. Углы измеряются относительно поверхностной нормали (линия, перпендикулярная поверхности), а не по отношению к самой поверхности. Вот формула: Показатель преломления:

  • Эта величина описывает влияние атомов и молекул на свет при прохождении через прозрачный материал. Используйте эту базовую формулу для показателя преломления:

    Закон Снелла или закон преломления:

  • Закон Снелла ' показывает зависимость между углом падения и переданным углом (преломленным углом) для луч света, падающий на поверхность прозрачного материала. Вы можете видеть, как действует закон Снелла в следующей формуле: Критический угол для полного внутреннего отражения:

  • Общее внутреннее отражение - это ситуация, когда свет попадает и отражается от поверхности прозрачного материала без передачи через поверхность. Он использует критический угол (минимальный угол падения, где происходит полное внутреннее отражение). Для полного внутреннего отражения свет должен начинаться в материале с более высоким индексом. Вот формула:

    Уравнения для оптического изображения

Imaging - ключевая функция оптики. Специфические уравнения оптики могут помочь вам определить основные характеристики изображения и предсказать, где он будет формироваться. Используйте следующие уравнения оптики для ваших потребностей в области визуализации:

Боковое увеличение:

  • Боковое увеличение - это один из способов описать, насколько велико сравнение изображения с исходным объектом. Вот уравнения: Расположение изображений, образованных зеркалами:

  • Объект, расположенный на некотором расстоянии от зеркала, произведет изображение на некотором расстоянии от зеркала.В некоторых случаях, когда зеркала изогнуты, вам может быть задано фокусное расстояние зеркала. Используйте эти уравнения: Расположение изображений, образованных преломляющей поверхностью:

  • Объект, расположенный на некотором расстоянии от преломляющей поверхности, будет создавать изображение на некотором расстоянии от поверхности. Уравнение для этого равно Формула изготовителя линз:

  • Это уравнение позволяет рассчитать фокусное расстояние объектива, если все, что вы знаете, является кривизной двух поверхностей. Вот формула производителя линз: Уравнение тонкой линзы:

  • Объект, расположенный на некотором расстоянии от объектива, произведет изображение на определенном расстоянии от объектива, а уравнение тонкой линзы связывает местоположение изображения с расстоянием объекта и фокусным расстоянием. Следующее - уравнение тонкой линзы: Оптические поляризационные уравнения

Оптическая поляризация

- это ориентация плоскостей колебаний векторов электрического поля для многих световых волн. Оптическая поляризация часто является важным соображением при построении многих оптических систем, поэтому удобны уравнения для работы с поляризацией. Следующие уравнения выделяют некоторые важные концепции поляризации. Уравнения, перечисленные здесь, позволяют рассчитать, как сделать поляризованный свет отражением и определить, сколько света проходит через несколько поляризаторов: Поляризационный угол или угол Брюстера:

  • Этот угол - это угол падения, где отраженный свет линейно поляризованный. Вот уравнение: Закон Малуса:

  • Это уравнение позволяет рассчитать, сколько поляризованного света проходит через линейный поляризатор. Уравнение для закона Малуса Фазовая замедление в двулучепреломляющем материале:

  • A материал двулучепреломления имеет два показателя преломления. Когда вы отправляете поляризованный свет в двулучепреломляющий материал, два компонента проходят через материал с разными скоростями. Это расхождение может привести к изменению состояния поляризации или просто повернуть состояние поляризации. Используйте это уравнение: Уравнения с оптическими помехами

Оптическая

интерференция - это просто взаимодействие двух или более световых волн. Оптические помехи полезны во многих приложениях, поэтому вам нужно понять некоторые основные уравнения, связанные с этим оптическим явлением. Следующие уравнения позволяют рассчитать различные величины, связанные с оптическими помехами в двух наиболее распространенных помеховых устройствах. Расположение ярких и темных полос в двухслойной интерференционной схеме Юнга:

  • Следующие уравнения позволяют рассчитать местоположение ярких полос (где возникают конструктивные помехи) и > темные полосы (где происходят деструктивные помехи): Фазовый сдвиг из-за толщины пленки при тонкопленочных помехах: Когда свет падает прямо на тонкую пленку (такую ​​как масляный пятно на поверхности пула воды), световые лучи, отражающиеся сверху и снизу пленки, мешают (конструктивно или разрушительно в зависимости от толщины пленки и длины волны света).Следующие уравнения определяют конструктивную или деструктивную интерференцию в зависимости от того, нужно ли сдвиг фазового сдвига, создаваемого отражением, на половину длины волны (первое уравнение) или поддерживаться (второе уравнение):

  • Уравнения оптической дифракции Дифракция > является ответом света на то, что у него что-то неловкое, поэтому дифракция происходит только тогда, когда что-то блокирует часть волнового фронта. Дифракция - это явление, когда свет изгибается вокруг препятствия (этот изгиб

не

из-за преломления, потому что материал не изменяется по мере необходимости рефракции). Следующие уравнения охватывают наиболее распространенные ситуации, связанные с дифракцией, включая разрешение. Разрешение: Разрешение - это минимальное угловое разделение между двумя объектами, так что вы можете сказать, что есть два разных объекта. Вот уравнение для определения разрешения:

  • Расположение темных полос, полученных дифракцией через одну щель: Поскольку щель имеет ширину, большую длины волны, световые лучи из разных частей щели мешают друг другу , создавая шаблон бахромы. Вы можете относительно легко найти точки, в которых свет разрушает, используя следующее уравнение: Расположение различных порядков дифракции от дифракционной решетки:

    Дифракционная решетка имеет очень большое количество щелей, расположенных близко друг к другу, так что свет от каждой из этих щелей препятствует свету от других. Вы можете довольно легко определить, где свет конструктивно вмешивается, используя следующее уравнение: Уравнения для характеристик волоконно-оптических волокон

  • Помимо изображений, волоконно-оптические сети, вероятно, являются самым большим применением оптики. Волоконная оптика - это очень длинные тонкие стеклянные волокна, которые передают информационный свет из одного места в другое, но это может быть не прямым видом друг на друга. Вам нужно знать о нескольких характеристиках конкретного волокна, которое вы используете, чтобы обеспечить точную передачу информации с одного конца волокна на другой. Следующие уравнения охватывают три основных параметра, необходимые для правильного использования оптических волокон. Максимальный угол приема для волокна:

Этот угол является самым большим углом падения, при котором свет может проникать в конец волокна и полностью отражаться внутри волокна. Углы падения, превышающие этот угол, будут передаваться по сторонам волокна и не переходить на другой конец.

Уравнение для этого угла

Числовая апертура для волокна:

  • Числовая апертура

  • является мерой светопоглощающей способности волокна. Он имеет максимальное значение 1 (весь свет остается в ловушке внутри волокна) и минимальное значение 0 (только свет, падающий под углом 0 градусов на конце волокна, остается в ловушке в волокне). Используйте это уравнение: Интермодальная дисперсия в волокне: Эта характеристика измеряет разницу во времени, которую используют различные моды волокна, чтобы достичь конца волокна.Чем больше разница во времени, тем короче волокно должно быть таким, чтобы информация об этом свете не превращалась в мусор. Вот уравнение:

Оптика. Конспекты по физике для 10-11 класса. О цвете :: Класс!ная физика


Здесь представлены конспекты по физике по теме "Оптика" для 10-11 класса.
!!! Конспекты с одинаковыми названиями различаются по степени сложности.

1. Основы  геометрической оптики

2. Основы  геометрической оптики

3. Дифракция света - Волновая оптика

4. Зеркала и линзы - Геометрическая оптика

5. Интерференция света - Волновая оптика

6. Поляризация света - Волновая оптика

 

Оптика, геометрическая оптика, волновая оптика, 11 класс, конспекты, конспекты по физике.

 


О ЦВЕТЕ. ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?


Знаете ли Вы, что кусок красного стекла кажется красным и в отраженном и в проходящем свете. А вот у цветных металлов эти цвета различаются — так, золото отражает преимущественно красные и желтые лучи, но тонкая просвечивающая золотая пластинка пропускает зеленый свет.

... ученые XVII века не считали цвет объективным свойством света. Например, Кеплер полагал, что цвет — это качество, которое должны изучать философы, а не физики. И лишь Декарт, хотя и не мог объяснить происхождение цветов, был убежден в существовании связи между ними и объективными характеристиками света.

... созданная Гюйгенсом волновая теория света была большим шагом вперед — так, она дала используемые до сих пор объяснения законов геометрической оптики. Однако главная ее неудача заключалась в отсутствии категории цвета, т.е. она была теорией бесцветного света, несмотря на уже сделанное к тому времени Ньютоном открытие — обнаружение дисперсии света.

... призма — главный инструмент в ньютоновских опытах — была им куплена в аптеке: в те времена наблюдение призматических спектров было распространенным развлечением.

... многие предшественники Ньютона считали, что цвета зарождаются в самих призмах. Так, постоянный оппонент Ньютона Роберт Гук думал, что в солнечном луче не могут содержаться все цвета; это так же странно, считал он, как утверждать, что «в воздухе органных мехов содержатся все тоны».

... опыты Ньютона привели его и к печальному выводу: в сложных приборах с большим количеством линз и призм разложение белого света сопровождается появлением у изображения пестрой цветной каймы. Явление, названное «хроматической аберрацией», удалось впоследствии преодолеть, соединяя несколько слоев стекла с «уравновешивающими» друг друга показателями преломления, что привело к созданию ахроматических линз и подзорных труб с четкими изображениями без цветных бликов и полос.

... идея о том, что цвет определяется частотой колебаний в световой волне, впервые была высказана знаменитым математиком, механиком и физиком Леонардом Эйлером в 1752 году, при этом максимальная длина волны соответствует красным лучам, а минимальная — фиолетовым.

... первоначально Ньютон различал в солнечном спектре только пять цветов, но позже, стремясь к соответствию между числом цветов и числом основных тонов музыкальной гаммы, добавил еще два. Возможно, здесь сказалось пристрастие к древней магии числа «семь», согласно которой на небе было семь планет, а потому в неделе — семь дней, в алхимии — семь основных металлов и так далее.

... Гёте, считавший себя выдающимся естествоиспытателем и посредственным поэтом, горячо критикуя Ньютона, замечал, что выявленные в его опытах свойства света не истинны, поскольку свет в них «замучен разного рода орудиями пыток — щелями, призмами, линзами». Правда, в этой критике вполне серьезные физики позже узрели наивное предвосхищение современной точки зрения на роль измерительной аппаратуры.

... теория цветового зрения — о получении всех цветов при помощи смешения трех основных — ведет начало от речи Ломоносова 1756 года «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее...», не замеченной, однако, научным миром. Полвека спустя эту теорию поддержал Юнг, а уж его предположения в 1860-х годах детально развил в трехкомпонентную теорию цвета Гельмгольц.

... если какие-либо пигменты отсутствуют в фоторецепторах сетчатки, то человек не ощущает соответствующих тонов, т.е. становится частично цветослепым. Таким был английский физик Дальтон, по имени которого и назван этот недостаток зрения. А обнаружил его у Дальтона не кто иной, как Юнг.

... явление, носящее название эффекта Пуркине — в честь исследовавшего его знаменитого чешского биолога, прказывает, что различные среды глаза обладают неодинаковым преломлением, и это объясняет возникновение некоторых зрительных иллюзий.

... оптические спектры атомов или ионов — не только богатый источник информации о строении атома, в них заключены сведения и о характеристиках атомного ядра, прежде всего связанных с его электрическим зарядом.

Источник: журнал "Квант"


Геометрическая оптика

Основные законы геометрической оптики известны ещё с древних времен. Так, Платон (430 г. до н.э.) установил закон прямолинейного распространения света. В трактатах Евклида формулируется закон прямолинейного распространения света и закон равенства углов падения и отражения. Аристотель и Птолемей изучали преломление света. Но точных формулировок этих законов геометрической оптики греческим философам найти не удалось.Геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, когда длина световой волны стремится к нулю.Простейшие оптические явления, например возникновение теней и получение изображений в оптических приборах, могут быть поняты в рамках геометрической оптики.

В основу формального построения геометрической оптики положено четыре закона, установленных опытным путем:· закон прямолинейного распространения света;· закон независимости световых лучей;· закон отражения;· закон преломления света.Для анализа этих законов Х. Гюйгенс предложил простой и наглядный метод, названный впоследствии принципом Гюйгенса.Каждая точка, до которой доходит световое возбуждение, является, в свою очередь, центром вторичных волн; поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение к этому моменту фронта действительно распространяющейся волны.

Гюйгенс Христиан (1629–1695), нидерландский ученый. В 1665–1681 гг. работал в Париже. Изобрел (1657) маятниковые часы со спусковым механизмом, дал их теорию, установил законы колебаний физического маятника. Опубликовал в 1690 г. созданную им в 1678 г. волновую теорию света, объяснил двойное лучепреломление. Усовершенствовал телескоп; сконструировал окуляр, названный его именем. Открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Автор одного из первых трудов по теории вероятностей (1657 г.).

Основываясь на своем методе, Гюйгенс объяснил прямолинейность распространения света и вывел законы отражения и преломления.Закон прямолинейного распространения светасвет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их источниками малых размеров.Тщательные эксперименты показали, однако, что этот закон нарушается, если свет проходит через очень малые отверстия, причем отклонение от прямолинейности распространения тем больше, чем меньше отверстия.

Тень, отбрасываемая предметом, обусловлена прямолинейностью распространения световых лучей в оптически однородных средах.Рис 7.1Астрономической иллюстрацией прямолинейного распространения света и, в частности, образования тени и полутени может служить затенение одних планет другими, например затмение Луны, когда Луна попадает в тень Земли (рис. 7.1). Вследствие взаимного движения Луны и Земли тень Земли перемещается по поверхности Луны, и лунное затмение проходит через несколько частных фаз (рис. 7.2).

Рис. 7.2

Закон независимости световых пучковэффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены. Разбивая световой поток на отдельные световые пучки (например, с помощью диафрагм), можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо.Закон отражения (рис. 7.3):· отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения угол падения α равен углу отражения γ: α = γ

Рис. 7.3

Рис. 7.4

Для вывода закона отражения воспользуемся принципом Гюйгенса. Предположим, что плоская волна (фронт волны АВ), распространяющаяся в вакууме вдоль направления I со скоростью с, падает на границу раздела двух сред (рис. 7.4). Когда фронт волны АВ достигнет отражающей поверхности в точке А, эта точка начнет излучать вторичную волну.· Для прохождения волной расстояния ВС требуется время Δt = BC/υ. За это же время фронт вторичной волны достигнет точек полусферы, радиус AD которой равен: υΔt = ВС. Положение фронта отраженной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление распространения этой волны – лучом II. Из равенства треугольников ABC и ADC вытекает закон отражения: угол падения α равен углу отражения γ.Закон преломления (закон Снелиуса) (рис. 7.5):· луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; · отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред.

Рис. 7.5

Рис. 7.6

Вывод закона преломления. Предположим, что плоская волна (фронт волны АВ), распространяющаяся в вакууме вдоль направления I со скоростью с, падает на границу раздела со средой, в которой скорость ее распространения равна u (рис. 7.6).Пусть время, затрачиваемое волной для прохождения пути ВС, равно Dt. Тогда ВС = сDt. За это же время фронт волны, возбуждаемой точкой А в среде со скоростью u, достигнет точек полусферы, радиус которой AD = uDt. Положение фронта преломленной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление ее распространения – лучом III. Из рис. 7.6 видно, что , т.е. .Отсюда следует закон Снелиуса: .Несколько иная формулировка закона распространения света была дана французским математиком и физиком П. Ферма.

Ферма Пьер (1601–1665) – французский математик и физик. Родился в Бомон-де-Ломань. Получил юридическое образование. С 1631 г. был советником парламента в Тулузе.

Физические исследования относятся большей частью к оптике, где он установил в 1662 г. основной принцип геометрической оптики (принцип Ферма). Аналогия между принципом Ферма и вариационными принципами механики сыграла значительную роль в развитии современной динамики и теории оптических инструментов.Согласно принципу Ферма, свет распространяется между двумя точками по пути, для прохождения которого необходимо наименьшее время.Покажем применение этого принципа к решению той же задачи о преломлении света.Луч от источника света S, расположенного в вакууме идет до точки В, расположенной в некоторой среде за границей раздела (рис. 7.7).

Рис. 7.7

В каждой среде кратчайшим путем будут прямые SA и AB. Точку A охарактеризуем расстоянием x от перпендикуляра, опущенного из источника на границу раздела. Определим время, затраченное на прохождение пути SAB: .Для нахождения минимума найдем первую производную от τ по х и приравняем ее к нулю: ,отсюда приходим к тому же выражению, что получено исходя из принципа Гюйгенса: .Принцип Ферма сохранил свое значение до наших дней и послужил основой для общей формулировки законов механики (в том числе теории относительности и квантовой механики).Из принципа Ферма вытекает несколько следствий.Обратимость световых лучей: если обратить луч III (рис. 7.7), заставив его падать на границу раздела под углом β, то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом α, т. е. пойдет в обратном направлении вдоль луча I.Другой пример – мираж, который часто наблюдают путешественники на раскаленных солнцем дорогах. Они видят впереди оазис, но когда приходят туда, кругом оказывается песок. Сущность в том, что мы видим в этом случае свет, прошедший над песком. Воздух сильно раскален над самой дорогой, а в верхних слоях холоднее. Горячий воздух, расширяясь, становится более разреженным и скорость света в нем больше, чем в холодном. Поэтому свет проходит не по прямой, а по траектории с наименьшим временем, заворачивая в теплые слои воздуха.Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления (оптически менее плотной) ( > ), например из стекла в воздух, то, согласно закону преломления, преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления β больше, чем угол падения α (рис. 7.8 а).

Рис.7.8

С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис. 7.8 б, в), до тех пор, пока при некотором угле падения ( ) угол преломления не окажется равным π/2.Угол называется предельным углом. При углах падения α > весь падающий свет полностью отражается (рис. 7.8 г).· По мере приближения угла падения к предельному, интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного – растет.· Если , то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 7.8 г). · Таким образом, при углах падения в пределах от до π/2, луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.Предельный угол определим из формулы: ; .Явление полного отражения используется в призмах полного отражения (Рис. 7.9).

Рис. 7.9

Показатель преломления стекла равен n » 1,5, поэтому предельный угол для границы стекло – воздух = arcsin (1/1,5) = 42°.При падении света на границу стекло – воздух при α > 42° всегда будет иметь место полное отражение.На рис. 7.9 показаны призмы полного отражения, позволяющие:а) повернуть луч на 90°;б) повернуть изображение;в) обернуть лучи.Призмы полного отражения применяются в оптических приборах (например, в биноклях, перископах), а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатели преломления тел (по закону преломления, измеряя , определяем относительный показатель преломления двух сред, а также абсолютный показатель преломления одной из сред, если показатель преломления второй среды известен).

Явление полного отражения используется также в световодах, представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала.Рис. 7.10В волоконных деталях применяют стеклянное волокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается стеклом – оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Свет, падающий на торец световода под углам больше предельного, претерпевает на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.Световоды используются при создании телеграфно-телефонных кабелей большой емкости. Кабель состоит из сотен и тысяч оптических волокон тонких, как человеческий волос. По такому кабелю, толщиной в обычный карандаш, можно одновременно передавать до восьмидесяти тысяч телефонных разговоров.Кроме того, световоды используются в оптоволоконных электронно-лучевых трубках, в электронно-счетных машинах, для кодирования информации, в медицине (например, диагностика желудка), для целей интегральной оптики.

Формулы геометрической оптики для "чайников"

Все знают или по крайней мере слышали о том, что свет имеет свойство преломляться и отражаться. Но только формулы геометрической и волновой оптики могут объяснить, как, а точнее по какому именно признаку это происходит. И все данное учение основывается на понятии "луча", которое ввел еще Евклид за три века до нашей эры. Так что же такое луч, если говорить научным языком?

Луч - это прямая, вдоль которой движутся световые волны. Как, зачем - на эти вопросы отвечают формулы геометрической оптики, которая является частью волновой оптики. Последняя, как можно было бы предположить, рассматривает лучи как волны.

Формулы геометрической оптики

Закон прямолинейного распространения: луч в однотипной среде имеет свойство распространяться прямолинейно. То есть свет двигается по кратчайшему пути, который существует между двумя точками. Можно даже сказать, что световой луч стремится сэкономить себе время. Этим законом объясняются явления тени и полутени.

К примеру, если источник света сам по себе маленького размера или же находится на таком большом расстояние, что его размеры можно проигнорировать, то световой луч образует четкие тени. Но если источник света большого размера или же находится на очень близком расстоянии, то световой луч образует нечеткие тени и полутени.

Закон независимого распространения

Световые лучи имеют свойство распространяться вне зависимости друг от друга. То есть они никак не повлияют друг на друга, если будут пересекаться или проходить друг через друга в какой-нибудь однородной среде. Лучи будто бы не подозревают о существовании других лучей.

Закон отражения

Представим, что человек направил лазерную указку на зеркало. Разумеется, луч отразится от зеркала и будет распространяться уже в другой среде. Угол между перпендикуляром к зеркалу и первым лучом зовется углом падения, угол между перпендикуляром к зеркалу и вторым лучом - углом отражения. Эти углы равны.

Формулы геометрической оптики раскрывают многие ситуации, о которых никто даже не задумывается. Например, закон отражения объясняет, почему мы можем видеть себя в "прямом" зеркале в точности такими же, какие мы есть, и почему его искривленная поверхность создает иной образ.

Формула:

a - угол падения, b - угол отражения.

a = b

Закон преломления

Луч падения, луч преломления и перпендикуляр к зеркалу расположены в одной плоскости. Если синус падающего угла поделить на синус преломляющегося угла, то получится величина n, которая является постоянной для обеих сред.

n показывает, под каким углом луч из первой среды переходит во вторую, и как соотносятся составы этих сред.

Формула:

i - падающий угол. r - преломляющийся угол. n21 - показатель преломления.

sin i/sin r = n2/n1 = n21

Закон обратимости света

О чем гласит закон обратимости света? Если луч распространяется по определенно выстроенной траектории в одном направлении, то и в противоположном направлении он повторит тот же маршрут.

Итоги

Формулы геометрической оптики в несколько упрощенном виде объясняют, как работает луч света. В этом нет ничего сложного. Да, формулы и законы геометрической оптики пренебрегают некоторыми свойствами вселенной, но нельзя недооценивать их важность для науки.

Определения по Оптике | Объединение учителей Санкт-Петербурга

АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО – мысленная модель тела, которое при любой температуре полностью поглощает все падающее на него электромагнитное излучение независимо от спектрального состава. Излучение А.ч.т. определяется только его абсолютной температурой и не зависит от природы вещества.

БЕЛЫЙ СВЕТ - сложноеэлектромагнитное излучение, вызывающее в глазах человека ощущение, нейтральное в цветовом отношении.

ВИДИМОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - оптическое излучение с длинами волн 380 - 770 нм, способное вызывать зрительное ощущение в глазах человека.

ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, индуцированное излучение - испускание электромагнитных волн частицами вещества (атомами, молекулами и др.), находящимися в возбужденном, т.е. неравновесном, состоянии под действием внешнего вынуждающего излучения. В.и. когерентно (См. когерентность) с вынуждающим излучением и при определенных условиях может привести к усилению и генерации электромагнитных волн. См. также квантовый генератор.

ГОЛОГРАММА - зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картина, образованная двумя когерентными волнами (см.когерентность): опорной волной и волной, отраженной от объекта, освещенного тем же источником света. При восстановлении Г. мы воспринимаем объемное изображение объекта.

ГОЛОГРАФИЯ - метод получения объемных изображений предметов, основанный  на регистрации и последующем восстановлении фронта волны, отраженной этими предметами. Получение голограммы основано на интерференции света.

ГЮЙГЕНСА ПРИНЦИП - метод, позволяющий определить положение фронта волны в любой момент времени. Согласно г.п. все точки, через которые проходит фронт волны в момент времени t, являются источниками вторичных сферических волн, а искомое положение фронта волны в момент времени t+Dt совпадает с поверхностью, огибающей все вторичные волны. Позволяет объяснить законы отражения и преломления света.

ГЮЙГЕНСА - ФРЕНЕЛЯ - ПРИНЦИП - приближенный метод решения задач о распространении волн. Г.-Ф. п. гласит: в любой точке, находящейся  вне произвольной замкнутой поверхности, охватывающей точечный источник света, световая волна, возбуждаемая этим источником, может быть представлена как результат интерференции вторичных волн, излучаемых всеми точками указанной замкнутой поверхности. Позволяет решать простейшие задачи дифракции света.

ДАВЛЕНИЕ СВЕТА - давление, производимое светом на освещаемую поверхность. Играет большую роль в космических процессах (образование хвостов комет, равновесие крупных звезд и т.д.).

ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ - см.изображение оптическое.

ДИАФРАГМА - устройство для ограничения или изменения светового пучка в оптической системе (напр., зрачок глаза, оправа линзы, Д. объектива фотоаппарата).

ДИСПЕРСИЯ СВЕТА - зависимость абсолютного показателя преломления вещества от частоты света. Различают нормальную Д., при которой с увеличением частоты скорость световой волны убывает, и аномальную Д., при которой скорость волны растет. Вследствие Д.с. узкий пучок белого света, проходя сквозь призму из стекла или другого прозрачного вещества, разлагается в дисперсионный спектр, образуя на экране радужную полоску.

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА – физический прибор, представляющий из себя совокупность большого числа параллельных штрихов одинаковой ширины, нанесенных на прозрачную или отражающую поверхность на одинаковом расстоянии один от другого. В результате дифракции света на Д.р. образуется дифракционный спектр - чередование максимумов и минимумов интенсивности света.

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА - совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженными неоднородностями (напр., при прохождении через отверстия, вблизи границ непрозрачных тел и т.д.). В узком смысле под Д.с. понимают огибание светом малых препятствий, т.е. отклонение от законов геометрической оптики. Играет важную роль в работе оптических приборов, ограничивая их разрешающую способность.

ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ – явление изменение частоты колебаний звуковых или электромагнитных волн, воспринимаемой наблюдателем, вследствие взаимного движения наблюдателя и источника волн. При сближении обнаруживается повышение частоты, при удалении - понижение.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЦВЕТА - цвета, которые при смешивании в определенной пропорции дают белый цвет. Напр., оранжевый и синий, зелено-желтый и фиолетовый. См. также спектр оптический, цвет.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ СВЕТ - совокупность некогерентных световых волн со всеми возможными плоскостями колебаний и с одинаковой интенсивностью колебаний в каждой из таких плоскостей. Е.с. излучают практически все природные источники света, т.к. они состоят из большого числа различно ориентированных центров излучения (атомов, молекул), испускающих световые волны, фаза и плоскость колебаний которых могут принимать все возможные значения. См. также поляризация света,  когерентность.

ЗЕРКАЛО ОПТИЧЕСКОЕ – тело с полированной или покрытой отражающим слоем (серебро, золото, алюминий и т.д.) поверхностью, на которой происходит отражение, близкое к зеркальному (см. отражение).

ИЗОБРАЖЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЕ – изображение объекта, получаемое в результате действия оптической системы (линз,  зеркал) на световые лучи, испускаемые или отражаемые объектом. Различают  действительное (получается на экране или сетчатке глаза при пересечении лучей, прошедших через оптическую систему) и мнимоеИ.о.(получается на пересечении продолжений лучей).

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА - явление наложения двух или нескольких когерентных световых волн, линейно поляризованных в одной плоскости, при котором в пространстве происходит перераспределение энергии результирующей световой волны в зависимости от соотношения между фазами этих волн. Результат И.с., наблюдаемый на экране или фотопластинке, называется интерференционной картиной. И. белого света приводит к образованию радужной картины (цвета тонких пленок и т.д.). Находит применение в голографии, при просветлении оптики и т.п.

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - электромагнитное излучение с длинами волн от 0,74 мкм до 1-2 мм. Испускается всеми телами, имеющими температуру выше абсолютного нуля (тепловое излучение).

КВАНТ СВЕТА - то же, что фотон.

КОЛЛИМАТОР - оптическая система, предназначенная для получения пучка параллельных лучей.

КОМПТОНА ЭФФЕКТ – явление рассеяния электромагнитного излучения малых длин волн (рентгеновского и гамма излучения) на свободных электронах, сопровождающееся увеличением длины волны.

ЛАЗЕР, оптический квантовый генератор - квантовый генератор электромагнитного излучения в оптическом диапазоне. Генерирует монохроматическое когерентное электромагнитное излучение, которое обладает узкой направленностью и значительной удельной мощностью. Применяется в оптической локации, для обработки твердых и тугоплавких материалов, в хирургии, спектроскопии и голографии, для нагрева плазмы. Ср. Мазер.

ЛИНЕЙЧАТЫЕ СПЕКТРЫ - спектры, состоящие из отдельных узких спектральных линий. Излучаются веществами в атомарном состоянии.

ЛИНЗА оптическая - прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными (чаще сферическими) или криволинейной и плоской поверхностями. Линзу называют тонкой, если ее толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей. Различают собирающие (преобразующие параллельный пучок лучей в сходящийся) и рассеивающие (преобразующие параллельный пучок лучей в расходящийся) линзы. Применяются в оптических, оптико-механических, фотографических приборах.

ЛУПА - собирающая линза или система линз с небольшим фокусным расстоянием (10 - 100 мм), дает 2 - 50-кратное увеличение.

ЛУЧ – воображаемая линия, вдоль которой распространяется энергия излучения в приближении геометрической оптики, т.е. если не наблюдаются дифракционные явления.

МАЗЕР - квантовый генератор электромагнитного излучения в сантиметровом диапазоне. Характеризуется высокой монохроматичностью, когерентностью и узкой направленностью излучения. Применяется в радиосвязи, радиоастрономии, радиолокации, а также как генератор колебаний стабильной частоты. Ср. лазер.

МАЙКЕЛЬСОНА ОПЫТ - опыт, поставленный с целью измерить влияние движения Земли на значение скорости света. Отрицательный результат М.о. стал одним из экспериментальных оснований относительности теории.

МИКРОСКОП - оптический прибор для наблюдения малых объектов, невидимых невооруженным глазом. Увеличение микроскопа ограничивается дифракцией света и не превышает 1500. Ср. электронный микроскоп.

МНИМОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ - см. изображение оптическое.

МОНОХРОМАТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – мысленная модель электромагнитного излучения одной определенной частоты. Строгого м.и. не существует, т.к. всякое реальное излучение ограничено во времени и охватывает некоторый интервал частот. Источники излучения близкого к м. - квантовые генераторы.

ОПТИКА - раздел физики, изучающий закономерности световых (оптических) явлений, природу света и его взаимодействия с веществом.

ОПТИЧЕСКАЯ ОСЬ - 1) ГЛАВНАЯ - прямая, на которой расположены центры преломляющих или отражающих поверхностей, образующих оптическую систему; 2) ПОБОЧНАЯ - любая прямая, проходящая через оптический центр тонкой линзы.

ОПТИЧЕСКАЯ СИЛА линзы - величина, применяемая для описания преломляющего действие линзы и обратная фокусному расстоянию. D=1/F. Измеряется в диоптриях(дптр).

ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - электромагнитное излучение, длины волн которого находятся в интервале от 10нм до 1 мм. К о.и. относятся инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение.

ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА – процесс возвращения световой волны при ее падении на поверхность раздела двух сред, имеющих различные показатели преломления. обратно в первоначальную среду. Благодаря о.с. мы видим тела, не излучающие свет. Различают зеркальное отражение (параллельный пучок лучей сохраняет параллельность после отражения) и диффузное отражение (параллельный пучок преобразуется в расходящийся).

ОТРАЖЕНИЕ ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ – явление, наблюдающееся при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, если угол падения больше предельного угла падения , где n – показатель преломления второй среды относительно первой. При этом свет полностью отражается от границы раздела сред.

ОТРАЖЕНИЯ ВОЛН ЗАКОН - луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, причем угол падения равен углу преломления. Закон справедлив для зеркального отражения.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА - уменьшение энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии волны во внутреннюю энергию вещества или энергию вторичного излучения, имеющего иной спектральный состав и иное направление распространения.

ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА - 1) АБСОЛЮТНЫЙ - величина равная отношению скорости света в вакууме к  фазовой скорости света в данной среде: . Зависит от химического состава среды, ее состояния (температуры, давления и т.п.) и частоты света (см. дисперсия света).2) ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ - (п.п. второй среды относительно первой) величина равная отношению фазовой скорости в первой среде к фазовой скорости во второй: . О.п.п. равен отношению абсолютного показателя преломления второй среды к абсолютному п.п. перовой среды .

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА – явление, приводящее к упорядочиванию векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Чаще всего возникает при отражении и преломлении света, а также при распространении света в анизотропной среде.

ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА – явление, заключающееся в изменении направления распространения света (электромагнитной волны) при переходе из одной среды в другую, отличающуюся от первой показателем преломления. Для преломления выполняется  закон: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, причем для данных двух сред отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Причиной преломления является различие фазовых скоростей в разных средах.

ПРИЗМА ОПТИЧЕСКАЯ - тело из прозрачного вещества, ограниченное двумя непараллельными плоскостями, на которых происходит преломление света. Применяется в оптических и спектральных приборах.

РАЗНОСТЬ ХОДА – физическая величина, равная разности оптических длин путей двух световых лучей.

РАССЕЯНИЕ СВЕТА – явление, заключающееся в отклонении распространяющегося в среде светового пучка во всевозможных направлениях. Обусловлено неоднородностью среды и взаимодействием света с частицами вещества, при котором изменяется направление распространения, частота и плоскость колебаний световой волны.

СВЕТ, световое излучение - видимое излучение, которое может вызвать зрительное ощущение.

СВЕТОВАЯ ВОЛНА - электромагнитная волна в диапазоне длин волн видимого излучения. Частота (набор частот) с.в. определяет цвет, энергия с.в. пропорциональна квадрату ее амплитуды.

СВЕТОВОД - канал для передачи света, имеющий размеры во много раз превышающие длину волны света. Свет в с. распространяется благодаря полному внутреннему отражению.

СКОРОСТЬ СВЕТА в вакууме (c) - одна из основных физических постоянных, равная скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. с=(299 792 458 ±  1,2)м/с. С.с. - предельная скорость распространения любых физических взаимодействий.

СПЕКТР ОПТИЧЕСКИЙ - распределение по частотам (или длинам волн) интенсивности оптического излучения некоторого тела (спектр испускания) или интенсивности поглощения света  при его прохождении через вещество (спектр поглощения). Различают С.о.: линейчатые, состоящие из отдельных спектральных линий; полосатые, состоящие из групп (полос) близких спектральных линий ; сплошные, соответствующие излучению (испусканию) или поглощению света в широком интервале частот.

СПЕКТРАЛЬНЫЕ   ЛИНИИ - узкие участки в спектрах оптических, соответствующие практически одной частоте (длине волны). Каждая С. л. отвечает определённомуквантовому переходу.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ   АНАЛИЗ - физический метод качественного и количественного анализа химического состава веществ, основанный на изучении их спектров  оптических. Отличается высокой чувствительностью и применяется в химии, астрофизике, металлургии, геологической разведке и т. д. Теоретической основой С. а. является спектроскопия.

СПЕКТРОГРАФ - оптический прибор для получения и одновременной регистрации спектра излучения. Основная часть С. - оптическая призма или дифракционная решётка.

СПЕКТРОСКОП - оптический прибор для визуального наблюдения спектра излучения. Основная часть С.- оптическая призма.

СПЕКТРОСКОПИЯ - раздел физики, изучающий спектры оптические с целью выяснения строения атомов, молекул, а также вещества в его различных агрегатных состояниях.

УВЕЛИЧЕНИЕ оптической системы - отношение размеров изображения, даваемого оптической системой, к истинным размерам предмета.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ  - электромагнитное излучение с длиной волн в вакууме от 10 нм до 400 нм. Вызывают у многих веществ фотоэффект и люминесценцию. Биологически активно.

ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ - плоскость, перпендикулярная к оптической оси системы  и проходящая через ее главный фокус.

ФОКУС - точка, в которой собирается прошедший через оптическую систему параллельный пучок  световых лучей. Если пучок параллелен главной оптической оси системы, то Ф. лежит на этой оси и  называется главным.

ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ -  расстояние между оптическим центром тонкой линзы и фокусом.

ФОТОН - квант электромагнитного поля, нейтральная элементарная частица с нулевой массой покоя и спином, равным 1. Характеризуется энергией и импульсом, где n - частота электромагнитного излучения, с - скорость света в вакууме, l - длина волны, h - Планка постоянная. Переносчик электромагнитного взаимодействия.

ФОТОЭЛЕМЕНТ - фотоэлектрический прибор, в котором при облучении поверхности металлического или полупроводникового электрода (фотокатода) возникает фотоэффект.

ФОТОЭФФЕКТ, фотоэлектрический эффект – явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения (внешний ф.). Наблюдается в газах, жидкостях и твердых телах. Открыт Г.Герцем и исследован А.Г.Столетовым. Основные закономерности ф. объяснены на основе квантовых представлений А.Эйнштейном.

ЦВЕТ - зрительное ощущение, вызываемое светом в соответствии с его спектральным составом и интенсивностью отражаемого или испускаемого излучения.

Оптика для чайников | Wiley

Введение 1

Часть I: Знакомство с основами оптики 7

Глава 1: Введение в оптику, науку о свете 9

Глава 2: Освоение математики и физики, связанных с оптикой 15

Глава 3 : Небольшое исследование света: обзор основ света 31

Глава 4: Понимание того, как направлять свет, куда идет 45

Часть II: Геометрическая оптика: работа с более чем одним лучом 57

Глава 5: Формирование изображений с помощью нескольких лучей света 59

Глава 6: Визуализация с помощью зеркал: множество отраженных лучей вокруг 69

Глава 7: Визуализация с рефракцией: одновременное изгибание множества лучей 77

Часть III: Физическая оптика: использование световой волны 95

Глава 8: Оптическая поляризация: описание колеблющегося электрического поля в свете 97

Глава 9: Изменение оптической поляризации 113

Глава 10: Калибровка Культивирование отраженного и проходящего света с помощью уравнений Френеля 131

Глава 11: Возникновение оптических помех: не всегда плохо 143

Глава 12: Дифракция: отклонение света от препятствий 161

Часть IV: Оптические приборы: практическое применение света Используйте 179

Глава 13: Системы линз: смотрите на вещи так, как вы хотите их видеть 181

Глава 14: Изучение источников света: получать свет там, где вы хотите 197

Глава 15: Направляя свет отсюда куда угодно 213

Часть V: Гибриды: изучение более сложных оптических систем 227

Глава 16: Фотография: Сохранение изображения навсегда 229

Глава 17: Медицинская визуализация: увидеть, что внутри вас (ножи не нужны!) 247

Глава 18 : Оптика повсюду: изучение других применений в медицине, промышленности и военном деле 259

Глава 19: Астрономические приложения: Использование телескопов 271

Часть VI: Больше, чем просто изображения: Знакомство с продвинутой оптикой 285

Глава 20: Показатель преломления, часть 2: Вы можете его изменить! 287

Глава 21: Квантовая оптика: поиск фотона 301

Часть VII: Часть десятков 311

Глава 22: Десять экспериментов, которые вы можете провести без лаборатории оптики стоимостью 1 миллион долларов 313

Глава 23: Ten Major Открытия в оптике - и люди, которые сделали их возможными 319

Index 325

Гален К.Duree: 9781118017234

Научитесь: Правильно использовать принципы и устройства оптики Избегать типичных ошибок при работе с типичными оптическими проблемами. Определять местоположение и характеристики изображения с помощью простых вычислений. Уяснить основные концепции, лежащие в основе лазеров и лазерных приложений.

Освещающее исследование оптики и оптических технологий.

. изучение света с помощью этого дружелюбного путеводителя по миру оптики. Узнайте, как основы оптических технологий помогают украсить вашу повседневную жизнь - от обычной настольной лампы до более сложных устройств, таких как мобильные телефоны, камеры, рентгеновские аппараты, трехмерные телевизоры и многое другое.Благодаря поучительным фактам, представленным в этой книге, вы никогда не почувствуете себя брошенным в темноте на курсе оптики. Оптика с высоким содержанием оптоволокна - основные сведения о волоконно-оптических кабелях для высокоскоростной связи на большие расстояния Сделайте мир таким, каким вы хотите его видеть - узнайте, как рассчитать местоположение изображения и определить характеристики изображения Пролить свет на свет - узнать, как свет позволяет вам видеть, передавать данные, резать предметы и управлять электрическими цепями. Улавливать волны - понимать волновые свойства света и то, как волны используются, чтобы видеть вещи, которые вы можете видеть » невооруженным глазом наведены туда и сюда лазеры - откройте для себя основную идею лазера и некоторые его применения в медицине и вооруженных силах Посмотрите подальше от Земли - взгляните на различные типы телескопов и на то, что вы можете делать с ними

Откройте книгу и найдите: Различия между лампами накаливания и люминесцентными лампами и диодами Советы, чтобы узнать, что вы можете и не можете видеть при компьютерной томографии, ПЭТ-сканировании, МРТ, ЯМР-сканировании и рентгеновских снимках Почему вы видите вещи в 3-D Принципы проверки зрения и назначения корректирующих очковых линз Основные идеи, используемые при создании лазера Поведение и свойства видимого, инфракрасного и ультрафиолетового света
показывают больше

Основы оптики - Введение для начинающих

* Рейнхард Дженни, Volpi AG
* Перевод Скотт Киттельбергер, Volpi AG

1.0 Исторический обзор
Способность человека и различных групп животных визуально воспринимать свое окружение реализуется глазом и связанными нервными окончаниями в головном мозге. Для описания этой способности греки использовали слово «optikos», которое можно интерпретировать как способность видеть, зрение или зрительную способность.

Истоки и историческое развитие наших сегодняшних знаний об оптике очень интересны. Археологические находки времен фараонов (2600–2400 гг. До н.э.) показали, что эта культура обладала выдающимися анатомическими знаниями.Известно, что при наблюдении за статуей кажется, что статуя всегда смотрит на вас, даже когда вы находитесь в движении. Точные исследования показали, что за этот эффект отвечает гениальная комбинация плоско-выпуклой линзы с правильно расположенным зрачком и вогнутой поверхностью с коротким фокусным расстоянием.

Открытия, датированные XI и XII веками нашей эры на острове Готланд, Швеция (когда-то населенном викингами), позволили получить асферические линзы. Эти линзы можно сравнить с теми, что производятся сегодня современными методами и советами ученых.В разные периоды времени было известно, что оптимизированные поверхности линз обеспечивают лучшее качество изображения. Эти линзы, скорее всего, использовались для прижигания ран, разжигания огня или в качестве луп для ручных рабочих.

Леонардо да Винчи (1452-1519) в одном из своих многочисленных открытий использовал линзу для проецирования света от источника света. Он описал оптику как «рай для математиков» и имел в виду принципиально новую перспективу в теме геометрической оптики.

Научное развитие оптики, в частности геометрической оптики, возникло благодаря многим вкладам.Фундаментальная работа по дифракции на Снеллиус (1591-1626), в дополнение к прозрениям и уточнениям Декарта (1596-1650), привела к демонстрации радуги на основе фундаментальных законов преломления. Галилео Галилей (1564–1642) внес свой вклад в исследования телескопов и наблюдения спутников Юпитера в 1610 году.

Вскоре после этого Гюйгенс (1629-1695) достиг своего описания двойного лучепреломления в кальците (Traité de la Lumière, 1690) с помощью своего предположения, что плоскость колебаний световой волны может быть выбрана относительно оптической ось кристалла кальцита.С тех пор он был признан основоположником волновой теории. Исаак Ньютон (1643-1727), помимо своих исследований гравитации, работал над происхождением белого света и цвета на стеклянных пластинах (Интерференция света). Обученный стеклодувом и изготовителем биноклей, Fraunhofer (1787-1826) построил первую решетчатую конструкцию. Свет дифрагируется на свои спектральные составляющие. Он собрал первый спектроскоп и изучал спектр солнечного света (линии фраунгофера). Он известен как отец спектроскопии и астрофизики. Френель (1788-1827) развил теорию волн и разработал формализм отражения света, то есть зависимости пропускания от угла падения.

Демонстрация компонентов магнитного поля света Фарадеем в 1845 году привела к тому, что Максвелл сформулировал общую последовательность распространения света как электромагнитных волн. Знаменитые «уравнения Максвелла» были описаны в его «Трактате» 1873 года. Макс Планк (1858-1947) в 1900 году представил свои результаты о квантовой природе света (свет можно разделить на небольшие количества энергии).В 1905 г. А. Эйнштейн расширил наше понимание света, включив в него квантовую и частичную природу света с концепцией фотонов.

Дальнейшее рассмотрение этой новой квантовой теории привело к развитию квантовой механики с множеством новых реализаций и результатов в физической оптике (квантовой оптике). Вот несколько примеров:

1887: Х. Герц (1857-1894) => Фотоэлектрический эффект
1917: А. Эйнштейн => вынужденное излучение => требуется для лазеров
1960: Т.Майман => первый лазер (Ruby), разработанный
1949: Бардин => первый транзистор
1960: Светодиоды (на основе GaAs)
1960: Развитие «нелинейной» оптики

Эффекты в жидкостях, газах. и в основном твердые тела, где: частота света может быть удвоена, самофокусировка света, изменение волновых фронтов (фазовое сопряжение), изменение показателя преломления в зависимости от интенсивности света (фоторефрактивный эффект) и многие другие эффекты, которые были прямым результатом лазерных лучей высокой интенсивности.

1970: Работа в области интегральной оптики, связанная с объединением и направлением света в микроскопических структурах (тонкие пленки, стеклянные волокна, точечные структуры в кристаллах и т. Д.). Они послужили основой для оптических переключателей для использования в компьютерах будущего.

Эти обобщенные научные открытия описывают волновую оптику и геометрическую оптику (которая является частным случаем волновой оптики), с одной стороны. С другой стороны, новаторские результаты квантовой оптики сильно повлияли на научный мир.

Для полноты картины следует упомянуть и другие области оптики, а именно область Гельмгольца (1821–1894), описанную как «физиологическая оптика». Здесь рассматриваются основные законы нашего разума и психики, которые не являются частью физической теории. Поскольку нас интересует геометрическая оптика, мы установили, что это всего лишь часть всей оптики. В основном мы будем иметь дело с пониманием работы оптических систем.

2.0 Характеристики распространения света
2.1 Волновая природа света

Электромагнитные волны описываются компонентами электрического и магнитного поля. Они путешествуют в форме волны. С этими полями может быть связана длина волны. Относительно небольшая часть электромагнитного спектра физиологически определяется нашим глазом как цвет. Обычно мы описываем эту часть спектра как света. Спектр охватывает более короткие длины волн, такие как ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Более длинные волны охватывают инфракрасный свет, а затем волны размером более 1 мм - микроволны (телекоммуникации, радио, телевидение и т. Д.).).

Компоненты электрического и магнитного поля можно измерить физически. Высота (амплитуда) волны меняется со временем. Если бы мы наблюдали волнообразное распространение электрического поля E (x, t), мы бы обнаружили, что его математически можно описать как:

null

Выражение в скобках в правой части уравнения (1), которое будет называться аргументом , следует отметить . Первый член wt представляет собой временную составляющую, а второй, kx, пространственную составляющую распространения.

В следующем примере показано влияние этих компонентов на распространение волн.

На рисунке 1 показаны две независимые волны, распространяющиеся. При t = 0 одна волна имеет напряженность электрического поля E1 = 0, а другая, E2, имеет ненулевую амплитуду. В момент времени t = 0 аргумент синусоидальной функции в (1) становится kx. Следовательно, мы имеем E1 (x, 0) = 0. Это означает, что произведение kx должно равняться Npi (где N = 0, ± 1, ± 2, ....). E2 имеет отрицательную амплитуду при t = 0, что говорит о том, что kx не кратно пи.В этом случае мы называем волну E2 "сдвинутой по фазе" относительно E1.

Условие этого сдвига положения между двумя волнами не изменится по мере распространения волн в пространстве до тех пор, пока волны не будут возмущены. Вклад kx описывает пространственную фазу волны в позиции x.

2.2 Помехи
Если две или более волны встречаются в точке x, вклад и положение компонентов поля, E1 и E2, могут быть наложены друг на друга.Суперпозиция (± Интерференция) не имеет места, если амплитуды поля ориентированы перпендикулярно друг другу.

На рисунке 2 показано наложение двух синусоидальных волн. Соответствующие амплитуды и фазы отличаются друг от друга. Сравнивая амплитуду результирующего поля E с отдельными компонентами E1 и E2, мы наблюдаем на рисунке 2a увеличение амплитуды. Это конструктивная интерференция: разность фаз между E1 и E2 равна нулю или кратна 2p. (Dj = N · 2pi, N = 0, +1, +2 ,....) Деструктивные помехи показаны на рисунке 2b, где наблюдается уменьшение результирующей амплитуды поля. Разность фаз между двумя волнами составляет половину одной длины волны (Dj = (2N + 1) · pi). Если бы составляющие амплитуды имели бы одинаковую амплитуду и отличались бы по фазе на половину длины волны (Dj = (2N + 1) · pi), результирующая амплитуда была бы равна нулю.

Наложение конструктивного характера приводит к увеличению интенсивности света (высокая интенсивность), тогда как деструктивная интерференция приводит к снижению интенсивности или даже к нулю интенсивности.Этот эффект можно увидеть в случае двух лучей, распространяющихся в разных направлениях, которые одновременно падают на экран с одной и той же координатой. Наблюдается периодическая картина светлых и темных полос (двухщелевая интерференция). Этот узор будет появляться везде, где перекрываются два луча.

Способность света вмешиваться, а также наблюдения фон Гюйгенса о том, что волновые фронты сами могут стать волновыми центрами распространения точечных источников, объясняют эффект дифракции.

2.3 Дифракция
Плоская волна, падающая на геометрическую структуру с отверстием (стенка с круглым отверстием = отверстие), будет излучать волны элементарных точечных источников из каждого отверстия. Спроецированный рисунок этих волн колеблется между светлыми и темными областями, которые не разделены резко. Этот колебательный переход является результатом интерференции этих элементарных волн. Разность фаз между соседними максимумами или минимумами всегда равна 2pi.

Таким образом, дифракция означает, что волновые фронты, движущиеся по прямой линии, которые затем ограничиваются некоторым отверстием, отклоняются от прямого пути в светлые / темные узоры.Это, конечно, предполагает, что волны не испытывают других явлений, таких как отражение или преломление. На рисунке 3 можно увидеть отклонение дифрагированного света от исходного угла, падающего на стену. Разность оптического пути (N · лямбда) между лучами, исходящими из краев отверстия, и размер геометрического отверстия, D, будет определять угол дифракции N-го порядка.

null

Каждый N = ± 1, ± 2 определяет направление a или для малых углов Na максимума интенсивности.Картина интенсивности по краям из-за вкладов недифрагированных лучей приводит к снижению резкости перехода между светлым и темным. Мы называем это уменьшенным контрастом .

Направление лучей и, следовательно, дифрагированных лучей Лучи всегда перпендикулярны их волновой поверхности.

Геометрическая оптика не учитывает дифракцию в расчетах прогрессивных лучей. Предполагается, что = 0 является граничным условием волновой оптики. Все поперечные лучи в системе имеют дифракцию

2.3 Refraction
Помимо распространения в воздухе или в вакууме, существуют другие среды (жидкость, газ и твердое тело), ​​в которых свет может распространяться. Мы различаем оптически прозрачные (диэлектрические) и поглощающие среды. Из-за различных характеристик материала, таких как химический состав и соответствующие атомные характеристики, свет, распространяющийся через среду, будет взаимодействовать с электронами в самой внешней оболочке. Эффект состоит в том, чтобы перенаправить свет и изменить его скорость распространения.Этот и другие эффекты связаны с показателем преломления .

При увеличении количества электронов, на которые воздействует электромагнитное поле, и увеличении частоты (уменьшении длины волны) показатель преломления материала обычно увеличивается. Показатель преломления зависит от длины волны или частоты (дисперсия). Если свет заданной длины волны падает на границу раздела двух сред под углом (предполагая разные показатели преломления), происходит изменение направления в соответствии с Законом преломления:

null

где n1, n2 - индексы преломление сред 1 и 2 соответственно, а a1 и a2 - угол падения и угол преломления соответственно.Свет, движущийся от оптически менее плотного материала к оптически более плотному, будет преломляться по направлению к нормали к поверхности (рис. 4). В противном случае свет будет преломляться в сторону от нормали.

Как видно на рисунке 4, когда возникает рефракция, часть света также отражается. Отраженный луч существует в среде с тем же показателем преломления, что и падающий луч. Это описывается Законом Отражения.

null

Знак минус в уравнении (4) указывает на изменение направления отраженного луча.

Как описано выше, преломление связано с различной скоростью света в различных средах. Закон преломления можно также сформулировать как:

null

Возьмем, к примеру, воздух как среду 1. Показатель преломления воздуха почти равен n1 = 1, а соответствующая скорость света приблизительно равна скорости вакуума. В соответствии с уравнением (5) скорость распространения света в среде 2 равна:

null

Уравнение (6) предполагает, что скорость света в оптической среде, более плотной, чем воздух, меньше, чем в воздухе.Только в вакууме или в среде менее плотной, чем воздух, скорость света выше, чем в воздухе.

Как известно тригонометрически, функция синуса имеет максимальное значение 1. Закон преломления предполагает, что свет проходит от одной среды к другой. Отсюда следует, что углы преломления, превышающие 90 °, приводят не к преломлению, а к полному отражению в оптически более плотном материале.

Предельный угол полного отражения от среды 1 в воздух в качестве среды 2 дает следующее выражение закона преломления:

null

Полное отражение является предпосылкой для направленных волн в оптических волокнах и световодах.Оптически более плотным материалом является сердцевина (обычно стекло, кварц или пластик), а оболочка - оптически менее плотный материал из стекла, кварца или пластика. Конкретный выбор материалов сердцевины и оболочки приведет к определенной числовой апертуре или углу приема для волокна

3. Формирование оптического изображения и оптические системы
Конечно, концепция оптических явлений была впервые реализована при наблюдении природа, то есть радуги, перенаправление световых лучей, цветовые эффекты света, проходящего сквозь кристаллы, и преломление на водных поверхностях.В попытке воспроизвести эти эффекты были предприняты попытки построить эксперименты, в которых можно было бы использовать эти эффекты. Также использовался научный подход, основанный на многочисленных наблюдениях. Формулировка законов была предпринята с помощью схематических диаграмм и экспериментального варьирования параметров. Более 1000 лет Закон преломления не был известен в его нынешней математической форме, несмотря на то, что есть явные свидетельства того, что люди знали, как работать с прозрачными кристаллами и помогать зрению с увеличивающейся оптикой.Предшественником современной геометрической оптики был создатель телескопов 16-17 веков, прежде всего Галилео Галилей. Они искали однородные материалы без включений или пространственных изменений показателя преломления. Внимание было уделено методам работы, которые обеспечивали хорошее качество поверхности и полировку, чтобы не влиять на формирование изображения за счет эффектов рассеяния. (Примечательно, что Френель экспериментировал с различными природными кристаллами. В его честь был назван тип линзы - линза Френеля с множеством шлифованных призматических колец).

3.1 Формирование оптического изображения
Под формированием оптического изображения мы понимаем точечный источник света , который должен быть помещен в точку объекта . Эта точка распространяется посредством расходящегося пучка изображений (гомоцентрический пучок) через оптическую систему до соответствующей точки в плоскости изображения (точки изображения). В этой точке лучи точечного источника снова сходятся (рис. 6). Особенно хорошее изображение получается, когда все лучи в пределах области (т.е., лямбда / 4) конструктивно мешают. Если изображение находится за оптической системой, где излучаемые лучи объекта определяют направление, изображение называется реальным изображением. Если изображение находится перед оптической системой, оно называется виртуальным изображением.

Виртуальное изображение не может быть получено никаким датчиком за оптической системой без дополнительных оптических элементов. Датчики могут получать только реальные изображения.

На рисунке 6 построенный луч, создающий точку O ', очевидно, не существует на бесконечности.Однако хрусталик в нашем глазу может фокусировать расходящиеся лучи от виртуального изображения на сетчатке и имитировать существование виртуального изображения в точке O '.

3.1 Оптические элементы
В технической оптике формирование изображения достигается с помощью систем линз, интегрированных с оптическими элементами, которые изменяют свет, такими как призмы и зеркала. Линзы - это прозрачные элементы (для интересующих спектров), обычно изготовленные из стекла. Входная и выходная поверхности обычно имеют сферическую шлифовку и полировку.Мы различаем собирающих линз с положительной силой преломления , и рассеивающих линз с отрицательной силой преломления .

Параллельные лучи, падающие на собирающую линзу, будут преломляться к фокусной точке , расположенной за линзой. Тот же эксперимент, проведенный с расходящейся линзой, будет рассеивать свет. Лучи не будут сходиться за линзой, но создадут проекцию точки виртуального изображения в пространстве объекта.

Типы линз
Следующие типы линз используются для обычных оптических систем.

null

Вращательно-симметричные линзы обычно используются в оптических системах, что означает, что преломляющие поверхности имеют сферическую или коническую форму, а полезный внешний диаметр является концентрически шлифованным. Некоторые неосимметричные линзы представляют собой, например, цилиндрические или торические линзы. Эти линзы имеют разное поперечное сечение по вертикали и горизонтали.

В настоящее время все больше и больше компактных систем видеокамер используют осесимметричные системы линз с осевой симметрией.Могут быть уменьшены ошибки изображения, которые возникают в основном из-за небольшой конической формы (сферических аберраций) сферических линз (рис. 9).

null

Рисунок 9. Разница между фокусирующей способностью сферических и асферических линз

4.0 Основные концепции конструкции оптических систем
4.1 Обозначения и условные обозначения
Использование реальной системы формирования изображения с одной линзой (одноступенчатая система ) хотелось бы знать важные параметры, описывающие такую ​​систему.Линза размещается на определенном расстоянии от объекта (Расстояние до объекта a). Направление распространения определяется для этой системы от объекта к линзе. Область перед линзой называется пространством объекта. Даже на реальном изображении пространство изображения находится за линзой. Расстояние между линзой и изображением называется расстоянием до изображения a '.

Рисунок 10 имеет достаточно параметров для расчета наиболее важных размерных величин системы визуализации, таких как линейное увеличение , угол приема, поле зрения и (FOV). Условное обозначение отрицательного символа (-), такого как отрицательное расстояние до объекта (a

Следующие выражения действительны в первом порядке для лучей, угол которых мал относительно оптической оси [a = sin (a)] .Они называются параксиальными лучами . Одним из наиболее важных уравнений, характеризующих оптическое изображение, является уравнение сопряженного расстояния. Для данной линзы с фокусным расстоянием f это выражение связывает объект и расстояние до изображения.

null

Это выражение имеет вид на основе предположения, что толщина линзы t мала по сравнению с a и a ', так что линза считается тонкой.Следовательно, можно сделать вывод, что сумма a (обратите внимание на негатив) и a 'дает расстояние между объектом и изображением, L (t = 0).

null

Линейное увеличение определяется соотношением расстояния изображение / объект

null

Отношение расстояния y b / y o (рис.10) является фактическим линейным увеличением. Это может отличаться от ожидаемого увеличения из-за таких эффектов, как искажение увеличения или отклонения от допущений о параксиальной проекции.Для малых углов поля зрения оба коэффициента должны быть идентичными. Фактическое изображение объекта через единственную собирающую линзу имеет отрицательное увеличение (м

) .Сочетая уравнения (8), (9) и (10), следующие полезные соотношения применяются к параксиальным системам:

null

Параксиальные системы с тонкие линзы представляют собой упрощенную конфигурацию для грубого анализа оптических систем. Они представляют собой особый случай. Реалистичные системы используют толстые линзы и относительно большие углы восприятия [альфа ¬ sin (альфа)], так что параксиальное предположение необходимо расширить.

Толстые линзы имеют две преломляющие поверхности, к которым могут применяться параметры тонких линз. Их называют принципиальными плоскостями (сторона объекта h, сторона изображения h '). Соответствующими точками пересечения с оптическими осями являются основных или узловых точек (H и H '). Уравнение 8 используется для замены расстояний между объектами и изображениями узловыми точками.

Используя zz '= -f 2 (рис. 10), формулы визуализации могут быть выражены относительно точек фокусировки.Здесь z и z '- это расстояние до объекта и изображения от их соответствующих точек фокусировки.

Как правило, основная плоскость объекта находится ближе к объекту, чем основная плоскость изображения, но это можно изменить с помощью толстых линз и уникальных конфигураций поверхности.

Пересечение полированной поверхности линзы с оптическими осями называется вершиной объекта , S, , и вершиной изображения , S '. Соответствующие расстояния между вершиной и объектом или изображением называются задним фокусом , s и s '. Оптические системы обычно содержат собирающие и расходящиеся линзы из разных материалов. Такие системы известны как системы составных линз. Система составных линз также может создавать плоскость объекта и изображения. Пересечение самой внешней поверхности линзы с оптическими осями определяет вершину и связанный задний фокус.

Линзы в оптической системе могут иметь различную форму или изгибов с радиусами r 1 и r 2 . Обратите внимание, что для большинства составных систем (осесимметричных) центральная точка всех преломляющих поверхностей лежит на оптических осях.Если радиус находится слева от линзы (по направлению к объекту), он по соглашению отрицательный, а справа от линзы - положительный. За счет этого изгиба линзы можно повлиять на положение основной плоскости.

Следующие выражения являются важными характеристиками линз в воздухе:

null

Линза Уравнение для толстых и тонких линз (d..толщина линзы; n ... показатель преломления стекла)

Примечание для бесконечно тонких линз ( d = 0), с фокусным расстоянием согласно (14), следует SH = S'H '= HH' = 0 (16) - (21).Линза схлопывается в единую принципиальную плоскость.

Основная плоскость стороны изображения, H ', может быть ближе к объекту, чем соответствующая основная плоскость стороны объекта, H (HH' (r 1 - r 2 ).

Рисунок 14 . При выборе менисковой линзы (b), в отличие от симметричной линзы (a), задний фокус, связанный с объектом, может быть укорочен, таким образом поддерживая то же фокусное расстояние. (Примеры: конденсатор, линзы, телескопические системы и т. Д.)

Для понимания оптических конфигураций и инструментов выбор места расположения основной плоскости является важной характеристикой.Например, можно концептуализировать линзы с большим фокусным расстоянием и короткими задними фокусами.

Объединение нескольких систем с одиночными линзами в составную систему линз позволит объединить различные изгибы, очки, толщину отдельных линз и расстояния между линзами в единую систему. Такую систему описывают единственная сторона объекта и основная плоскость стороны изображения.

4.2 Апертуры системы линз
Под апертурой системы линз понимается соотношение между фокусным расстоянием системы и свободным диаметром системы.Это особенно верно для систем, у которых задний фокус объекта или изображения бесконечен. Обычно это справедливо для фотообъективов, когда объект находится на бесконечности, а задний фокус изображения очень короткий.

Номер диафрагмы определяется как:

null

Угол между крайним лучом и оптической осью зависит от апертуры линзы. Из уравнения (22) легко увидеть, что d = 2 f n sin (u) (n… показатель преломления).

Согласно уравнению (22) системы с большой апертурой имеют малое число апертур.Номера апертуры большинства линз имеют номер в соответствии с диапазоном диафрагмы. Этот диапазон определяется таким образом, что шаг в номере апертуры отражает изменение светового потока в 2 раза. Диапазон диафрагмы следующий:

null

Связь между относительным световым потоком и числом диафрагмы:

null

Специалисты в области оптики иногда ссылаются на числовую апертуру системы линз. Это определяется как:

null

где показатель преломления - это показатель среды, в которой появляется u.Из уравнения (22) легко увидеть взаимосвязь между числовой апертурой и номером апертуры.

null

Системы с бесконечно большими задними фокусами (или расстояниями до объекта) демонстрируют бесконечно малое увеличение (m = 0). См. Уравнение (10). Часто системы линз проецируют объект на датчик изображения в пространстве изображения, которое сделано из светочувствительного материала. Максимальный диапазон увеличения составляет от -10

. Если кто-то конкретно хочет узнать эффективное число апертуры, Feff, системы формирования изображения (увеличение m), его можно получить из уравнений (8), (10) и (22):

null

F eff ..Эффективное число апертуры, F · ... число апертуры m = 0, м ... увеличение (м

Уравнение (26) показывает, что для увеличения m

4.3 Ирисы и зрачки
Оптические системы часто проектируются с фиксированная или переменная диафрагма. Для систем с одной линзой диаметр линзы может действовать как диафрагма в основной плоскости. Ирисы, также называемые диафрагменными ограничителями, представляют собой точные механические апертуры, которые ограничивают световые лучи, проходящие через линзу. Это ограничение, очевидно, связано с к номеру диафрагмы.Свободный диаметр в уравнении (22) можно заменить диаметром отверстия. Диафрагма определяет количество светового потока, передаваемого оптической системой.

На рисунке 16 схематично показаны лучи, прошедшие через оптическую систему с диафрагмой. Обычно средний луч пучка лучей (главный луч) пересекает оптическую ось в плоскости радужной оболочки. Соответствующий периферический луч ограничен радужной оболочкой.

В зависимости от системы линз, положение диафрагмы может быть посередине системы или смещено вперед или назад от точного центра.В общем, смещая расположение радужной оболочки, можно повлиять на косые аберрации системы линз (такие как кома, астигматизм, искажение, боковой цвет) и минимизировать их.

Стек линз в большинстве случаев создает виртуальное изображение радужной оболочки в плоскостях изображения перед и за диафрагмой. Изображение радужной оболочки выглядит как типичный ограничивающий диаметр луча при просмотре линзы. Эти изображения радужки также называются зрачками. Переднее и заднее изображения радужной оболочки называются входным зрачком (EP) и выходным зрачком (XP) соответственно.

Рисунок 17 - схематическая диаграмма учеников. Пучки лучей, исходящие от объекта или в обратном направлении от изображения, ограничиваются их соответствующими зрачками, и определяется их направление распространения.

4.4 Сбор световой энергии оптическими системами
Размер входного зрачка и, следовательно, размер апертуры являются определяющими для проходящего светового потока. Величина определяется следующим выражением

null

B.... яркость (люмен / ср / см 2 )
F .... освещенная площадь (см 2 ) Объекта
u .... половина угла испускаемого луча (Рис.17)

Уравнение (26) действительно только для изображения светоизлучающих точек, лежащих на оптической оси. Когда световой поток светоизлучающих точек, проходящий через оптику, не лежит на оптической оси, тогда оптическая ось меньше, чем в уравнении (26).

Уравнение (26) сокращается на коэффициент cos 4 (альфа), тем самым формулируя cos 4 - Закон для точек вне оси

null

alpha... угол между основным лучом и оптической осью.

4.5 Глубина резкости оптических систем
Апертура оптической системы устанавливает область резкости изображения, заданную на различных расстояниях до объекта. Область резкости увеличивается с уменьшением числа диафрагмы. Для расстояния до объекта a, фокусного расстояния f и числа диафрагмы F пределы расстояния до объекта av и ah связаны соотношением

null

a ... Расстояние до объекта для теоретически четкого изображения (рис.18)
f ... Фокусное расстояние объектива; F ... номер диафрагмы; p ... Диаметр круга нерезкости

Здесь av и ah являются местоположениями самого короткого и большого расстояния, которые могут быть четко отображены с помощью:

null

Допустимый диаметр круга нерезкости p для точки изображения относится к размер изображения, составляющий примерно одну тысячную диагонали изображения.

null

Глубина резкости, a h - a v , вычисляется путем вычитания уравнения (28) из уравнения (29), а также с использованием уравнения (12).

null

Из уравнения (31) видно, что глубина резкости может быть увеличена путем выбора большего числа диафрагм (меньших апертур) и меньшего увеличения.

4.6 Требования к интерфейсу числовой апертуры
Если несколько оптических систем собираются последовательно, необходимо уделять внимание каждой отдельной апертуре каждой системы для оптимальной передачи энергии. В качестве основного теоретического требования две оптические системы должны иметь согласованные числовые апертуры в точке соединения.

null

Те же требования предъявляются к входу и выходу света из волоконно-оптических световодов.

null

Рис. 20. Оптические линзы для соединения со стекловолокном a) NA 1 2 и

b) NA 1 > NA 2

Некоторые факторы могут поставить под угрозу перенос света по волокнам. Если световод связи имеет меньшую апертуру, чем волокно (рис. 20а), необходимо поддерживать связанный световой поток по всей длине волокна.Светопропускание будет оставаться более постоянным для приложений, в которых волокно движется (изменяющийся радиус изгиба), чем при падающем пучке с большей апертурой, чем у волокна (рис. 20b). Поэтому для измерительных приложений желательна числовая апертура с недостаточным заполнением.

4.7 Телецентрические линзы
Другой важной проблемой конфигурации измерительных систем является расположение зрачка телецентрической оптики. В обычных проекционных линзах плоскость зрачка обычно находится внутри линзы.Входной зрачок телецентрической системы находится на бесконечном расстоянии перед первой плоскостью линзы и, следовательно, объектом.

Вход и выход Зрачки полностью телецентрической линзы (или обеих сторон телецентрической линзы) находятся на бесконечном расстоянии от соответствующего объекта или местоположения изображения.

null

Рис. 21. Диаграмма направленности обычного объектива a) и телецентрического объектива b)

Благодаря отличному расположению диафрагмы, расстояние f1 от L1, соответствующее изображение апертуры (входной зрачок) является бесконечное расстояние от объекта.Таким образом, основные лучи параллельны оптической оси. Другими словами, главные лучи от всех точек объекта являются фактически параллельными лучами, и все они имеют одинаковые характеристики проекции.

Часто лучи ориентированы так, что основные лучи параллельны оптической оси в пространстве изображения. Эта составная конфигурация линз демонстрирует необычную особенность - полное фокусное расстояние бесконечно. Для общего фокусного расстояния системы составных линз

null

e = расстояние между линзами; f1, f2 = фокусное расстояние линз L1 и L2; f = общее фокусное расстояние

Для телецентрических объективов e = f1 + f2.Уравнение (33) дает: f = ∞.

Эти характеристики различают телецентрические и обычные оптические системы

null

* Рейнхард Дженни
M.S. Физика, Технический университет Граца (Австрия)
Вице-президент по исследованиям и разработкам

* Скотт Киттельбергер
Магистр физики, Сиракузский университет (США)
Volpi AG
Wiesenstrasse 33
CH 8952 Schlieren, Switzerland
www.volpi.ch

Volpi Manufacturing USA Co.Inc. R5 Commerce Way
Auburn, NY 13210 USA
www.volpiusa.com

Оптика для чайников - банкоматы, оптика и DIY Forum

Если вы хотите исключить астигматизм в первичном, остерегайтесь системы поддержки на рис. 3 точки равного радиуса будут поддерживать зеркало и могут допускать небольшой симметричный изгиб, но это не приведет к серьезной деформации зеркала. 9 фетровых прокладок, как показано на рисунке, выходят за рамки моего опыта .... могут быть проблемой и хуже, чем всего 3 балла в равной степени.5 или .7 radius location .... когда-нибудь запускали PLOP, чтобы проверить это?

В любом случае посмотрите, поворачивается ли астигматизм на виде, когда вы поворачиваете первичный элемент в ячейке. Если не меняется, значит, вторичный, или ваш глаз. Коллимация должна быть правильной.

Вторичный ... если у вас есть небольшой рефрактор, посмотрите на звезду, отраженную в нем. Если это вызывает астигматизм, вы нашли виновника.

Star test не требует идеального спокойного неба, чтобы получить некоторую информацию.Тест на «прорыв» ... где появляется вторичная тень, действительно прост и должен позволить вам сравнить зеркала на предмет сферической аберрации. Кома - это кома. Должен исчезнуть в центре при коллимировании ... тогда будет виден любой астигматизм. Рончи покажет загнутый край, и вы сможете замаскировать его, как только увидите, как далеко он заходит.

Я думаю, между несколькими из этих тестов, заменой частей, у вас будет довольно четкий выбор.

Я еще не знаю, что такое PLOP.

Для меня это неизведанная территория. Я учусь. Ну, вчера вечером я играл с прицелом с оригинальным 13-дюймовым первичным обломком.

Первое впечатление, которое попало в фокус, было больше похоже на мой «больший» прицел - звезда приближалась к фокусировке и опускалась в точку. Не удивительно резкая точка, но более точная точка фокусировки, чем в предыдущем зеркале.

Я проверил звезду на Полярной звезде примерно в 400 раз.

Некоторый астигматизм, когда я свободно вращаю зеркало в его ячейке,

предыдущее зеркало просто давало попеременный X только внутри и снаружи фокусировки (имеет смысл?) Я терпел это первичное зеркало, потому что я смотрю в основном на галактики и кометы с помощью этого прицела

Зеркало выглядит как минимум на 7/8 дюйма меньшим фокусным расстоянием - и более плоской беспольной комой.Мой любимый адаптер Heavy 1 1/4 "для моего 7-миллиметрового наглера не фокусируется, поэтому мне приходится использовать легкий низкопрофильный. Не уверен, как я буду перемещать работу, чтобы снова повысить фокус, чтобы я мог использовать" эквалайзер »адаптер.

Галечная первичная обмотка, которую я оцениваю, показала довольно много колец Френеля, которые редко, если вообще когда-либо, были замечены в другом зеркале.

Это на что-нибудь указывает?

Сириус двигался на юг, поэтому я потратил некоторое время на поиски щенка.Не повезло, может, с управляемым телескопом? Световые лучи так ярко просачиваются по краю поля.

Я не знаю, как я собираюсь подойти к войлочным прокладкам или опоре в камере.

Вы можете объяснить, что такое тест на пробой?

А часть наведения небольшого рефрактора на изображение отраженной звезды? Я там еще не был. Единственный у меня рефрактор - 26мм магазинный таско 60-х годов.

Отредактировал Stardust Dave, 21 января 2018 г. - 14:00.

фурье-оптика для чайников

Этот подход появился из заметок автора к курсу и был усовершенствован за его многолетний опыт работы в классе. Die Fourieroptik berücksichtigt die Wellennatur des Lichtes, vernachlässigt aber z. z) folgt hieraus (Kleinwinkelnäherung): Licht, das im Fernfeld nah der optischen Achse liegt, entspricht также niedrigen Raumfrequenzen, während weiter außen liegendes Licht zu hohen Raumfrequenzen gehört. Наш сигнал становится абстрактным понятием, которое мы рассматриваем как «наблюдения во временной области» или «ингредиенты в частотной области».τ Для некогерентного изображения предел разрешения для сигнала интенсивности составляет λ / (2NA). Fällt kohärentes Licht mit der räumlichen Amplitudenverteilung Затем мы преобразуем когерентную передаточную функцию в пространственную область и получаем когерентную функцию распределения точек в строке 19. Загрузите для чтения в автономном режиме, выделите, отметьте или сделайте заметки, пока вы читаете «Сигналы и системы для чайников». des Felds Работа обычных систем визуализации. Чтобы компенсировать эти аберрации, нам нужно добавить больше оптических поверхностей, чтобы увеличить степень свободы при оптимизации линз.Хотя это утверждение может быть неправдой буквально, когда есть один базовый математический инструмент для объяснения распространения света и формирования изображения, как с когерентным, так и с некогерентным светом, а также тысячи практических повседневных применений основных принципов, Фурье-оптика заслуживает изучения. Читателям дается четкое и краткое объяснение теории, а также примеры, демонстрирующие практическое применение теории: (Прочтите эту книгу с помощью приложения Google Play Книги на вашем ПК, устройствах Android и iOS.В строке 2 мы моделируем когерентную передаточную функцию, используя уравнение (1.5). Нижний ряд: смоделированные когерентные и некогерентные изображения с аберрацией астигматизма ({a} _ {(2,2)} = 4). 0 Diese Seite wurde zuletzt am 25. Световое поле от объекта (внизу слева) фильтруется системой формирования изображения (внизу в центре) и дискретно регистрируется датчиком изображения (внизу справа). Загрузите для чтения в автономном режиме, выделите, сделайте закладки или делайте заметки во время чтения «Оптики для чайников». A. Преобразование Фурье в дальней зоне (приближение Фраунгофера) Если f (x, y) ограничивается небольшой областью радиуса b, расстояние d до плоскости наблюдения достаточно велико, так что число Френеля для f (x, y) , '1 2 =

оптика для чайников pdf

«Оптика для чайников» дает вам доступное введение в оптику, методы и приложения.Размер файла: 69.66 MB Скачивание: 640 Для этого есть веская причина. и взаимодействие солнечного света с материей. Третье и четвертое поколения в 1990-х и 2000-х годах: при 1,55 мкм потери всего около 0,2 дБ / км. Второе поколение: начало 1980-х, 1,3 мкм. Автор: Гален С. Дюри-младший. Волоконная оптика, с которой я имею дело в этой инструкции, - это пластиковые волокна, предназначенные для освещения, а не несколько более сложные пучки стекловолокна, которые быстро передают данные на большие расстояния, но они работают на тех же основных принципах. Принцип: свет, падающий на одном конце от источника освещения, такого как светодиод или лазер, проходит по оптоволоконной нити и выходит на другой конец.Формат: PDF, Mobi Читать: 1304, Автор: Беверли Хендерсон Формат: PDF, ePub Download: 446 эрмитовское сопряжение Три явления - отражение, преломление и дифракция - помогают предсказать, куда пойдет луч или лучи света. Оптика для чайников Шпаргалка. Оптика для чайников Другими словами, не существует названий Read: 923, Author: Sean Walberg, Dummies - мировой лидер в области практической информации. В частности, оптика - это размер файла: 77,67 МБ. Цель этой статьи - предоставить читателю, не имеющему технических знаний, обзор того, как много контента на YouTube привлекает внимание средств массовой информации, и все больше новичков прыгают на сайт, и им нужно помощь.Прицеливание через оптический прицел или прицел с красной точкой полностью устраняет одну треть сложности установки прицела. Техническое определение выходной мощности применительно к лазерным изделиям - это уровень мощности лазерного луча. Основы осциллографа и угловые минуты. Вы получите простое объяснение природы света и оптических эффектов, отражения, преломления и дифракции в оптических устройствах с цветовой дисперсией, промышленных, медицинских и военных приложениях, а также основы лазерного света.Это руководство предлагает девять книг в одной, охватывающих все аспекты двух обязательных экзаменов A +, а также настраиваемое программное обеспечение для подготовки к экзаменам на компакт-диске. дополнительно в частности, оптика - это раздел физики, который описывает привычки и дома солнечного света? Что такое выходная мощность и как она влияет на видимость лазера? Формат: PDF Optics For Dummies дает вам доступный вариант. Если вам была поручена настройка сетей хранения данных для вашей компании, изучение того, как работают SAN, и управление проблемами хранения данных может показаться сложной задачей.другие важные темы оптики включают интерференцию, оптику для чайников pdf | 16,04 МБ | Английский | Isbn: B005CPJS7E | Автор: Дюри, Гален. jˆihˆj (1.1) Раскладывая ˆ по базису jni, мы получаем для ket jˆi = X n cn jni (1.2) и для бюстгальтера, т.е. Прочтите: 1293, Автор: Ричард Д. Букер Я лично являюсь сильным сторонником использование прицелов, отрегулированных по Милю, с сетками на основе Миля. Скачано: 544 Скачано: 191 Сети хранения данных Для чайников, 2-е издание приходит на помощь с тем, что вам нужно знать.«Оптика для чайников» дает вам доступное введение в оптику, методы и приложения. Оптика для чайников Гален С. Дюри Чтобы читать PDF-файл «Оптика для чайников», вы должны обратиться к кнопке внизу и сохранить файл или получить доступ к дополнительной информации, которая может иметь отношение к книге «ОПТИКА ДЛЯ ЧАЙНИКОВ». Используйте такие функции, как закладки, заметки и выделение во время чтения «Оптики для чайников». Формат: PDF, Docs. Цель этой статьи - предоставить читателю, не имеющему технических знаний, обзор «Оптики для чайников».pdf optics for dummies cheat sheet - манекены оптика для чайников шпаргалка; шпаргалка. Оптика для чайников полные бесплатные книги в формате pdf Основы волоконной оптики Марк Карран / Брайан Ширк Волоконная оптика, наука о передаче света через очень тонкие стеклянные или пластиковые волокна, продолжает использоваться во все большем количестве приложений из-за присущих ей преимуществ перед медью проводники. Техническое определение выходной мощности применительно к лазерным изделиям - это уровень мощности лазерного луча. Кроме того, это может быть ваша любимая публикация для просмотра после публикации этой публикации. Оптика для чайников. Вы спрашиваете, почему? Оптика охватывает изучение света.Формат: PDF, Mobi Галена c. Дюри-младший оптика охватывает исследование света. Простой способ пролить свет на оптику

В общем, оптика - это наука о свете. Прочитано: 494, Автор: Дуг Салин | ПА: 363 | Год: 2011. Основы оптики - Введение для начинающих. Вы получите простое объяснение природы световых и оптических эффектов на английском языке; отражение, преломление и дифракция; цветовая дисперсия; оптические устройства промышленного, медицинского и военного назначения; а также основы лазерного света.Скачиваний: 847 Скачиваний: 609 Прочитанных: 817, Автор: Сильвиу Анжелесску Размер файла: 27,42 МБ Вы можете прочитать онлайн-оптику для чайников здесь в форматах PDF, EPUB, Mobi или Docx. Размер файла: 30,9 МБ Состояние книги: новая. Прочитано: 943, Автор: Дэн Гукин Автор (ы): NA. Прочтите «Оптика для чайников» онлайн, читайте на мобильном телефоне или на Kindle. NA Pages. Нелинейная оптика для чайников Жан-Клод Дильс. Что такое выходная мощность и как она влияет на видимость лазера? (Лула Грэм IV) Читайте "Оптика для чайников" онлайн, читайте на мобильном телефоне или на Kindle.Проще говоря, оптика - это технологическое ноу-хау солнечного света. Прочтите: 171, Автор: Билл Томпсон (III) Мягкая обложка. Простота. «Оптика для чайников» дает вам доступное введение в оптику, методы и приложения. Читайте: 597, Цифровая фотография ландшафта и природы для чайников, Сертификация CCNA All In One для чайников, Цифровые зеркальные камеры и фотография для чайников, Сертификация CCENT All In One для чайников, Рабочая тетрадь по анатомии и физиологии для чайников, Власть и популярная культура в современной Ирландии , Группа Вустера и ее традиции 2004, Волшебники и заклинания (Подземелья и драконы), Основное руководство, чтобы стать магистром, Британские бронемашины в Первой мировой войне, В Голливуде с Немировичем-Данченко 1926-1927, Дьявольский вальс (Алекс Серия Делавэр, Книга 7), Политика в области телекоммуникаций и экономическое развитие, Элементы индуистской иконографии (Том II), Часть I, Битвы стандартов в программном обеспечении с открытым исходным кодом, История английского почерка 700-1400 гг. Н.э., Иллюстрированная карта и путеводитель по маякам США.Скачать: 158 Использование Public Domain Mark 1.0 Темы Немецкий для чайников Коллекция с открытым исходным кодом Язык Английский. волоконная оптика • Разрешить создание «световых чипов» и «световых кабелей» соответственно, где свет направляется с небольшими ограничениями • Исследования материалов дали очки с очень низкими потерями (простой способ пролить свет на оптику

В целом термины, оптика - это наука о свете. Wir als Seitenbetreiber grüßen Sie als Interessierten Leser hier. Читать: 1185, Автор: Doug Sahlin Загрузить: 340 HTV0F2SKGWNN Не указано, но понятно из-за контекста Codycross, Зеленая фасоль Hoisin Spicy, Редкен Свежие кудри, Интересные факты о твердых моллюсках, Список армейской рекламы, Кожаная упаковка для букетов, Примеры из практики этических дилемм, Слишком низкая громкость вывода Discord -reddit, Бдо Вилла Баффс Цена, Что такое творческая природа вычислений, Голографическое железо Cricut Blue-on Blue,

Оптика для начинающих

Оптика для начинающих

Введение

Оптика - это наука о свете.Если ты ничего не знаешь о оптика, эта страница (и связанные с ней) объяснит основные факты, необходимые для понимания как работают миражи, зеленые вспышки и другие явления преломления. Требуется немного предыстории, так что проявите терпение.

Традиционно оптика делится на два основных направления: геометрическая оптика, которая определяет, как свет движется и куда он направляется; и физическая оптика , которая имеет дело с природой самого света (что нам не нужно здесь вдаваться) и взаимодействием между светом и материя (которую нам нужно будет немного использовать).

Есть также несколько связанных областей, таких как зрение и наука о цвете. Одна из них - это атмосферная оптика , которая определяет, как свет взаимодействует с нашей атмосферой. Миражи и зеленые вспышки - часть атмосферной оптики; но тебе нужно понимать сначала немного о базовой оптике, прежде чем вы сможете понять, что воздух делает со светом.

В зеленых вспышках и миражах участвуют два типа оптических явлений:

  • атмосферная рефракция
  • атмосферная трансмиссия

Преломление относится к геометрической оптике; передача принадлежит физическому оптика.Давайте посмотрим на оба эти поля.

Геометрическая оптика

Обратимость.

Люди часто говорят о «прямой видимости» между двумя точками. Вот два наблюдателя, расположенные в точках A и B:

Если A может видеть B, то B может видеть A на той же прямой видимости, но в противоположное направление.

Большинство людей знают, что угол обзора одинаков для обоих. наблюдатели; свет проходит от A к B по тому же пути, что и от B к A. Мы говорим свет реверсивный .Иногда бывает удобно отследить путь света от наблюдателя, даже если на самом деле свет движется к наблюдателю. Обратимость делает этот процесс действительным.

Прямолинейное распространение.
Я провел прямую линию между A и B на рисунке выше, и люди обычно воспринимают линии взгляда как прямые. Основная идея геометрической оптики заключается в том, что «свет распространяется по прямой. линии »; но в этом заявлении есть загвоздка. Свет распространяется только по прямым линиям в идеально однородной среде, как вакуум.Но настоящих прозрачных материалов, таких как воздух, вода и стекло, всегда имеют небольшие внутренние изменения в своих оптических свойствах, которые согните путь света. Итак, в реальных материалах свет не распространяется по прямым линиям.

В частности, свет не распространяется по воздуху по прямым линиям, потому что воздух неоднороден: его плотность варьируется от места к месту, особенно на разной высоте. Изменения плотности с высотой очень важны в атмосферных условиях. преломления, потому что они заставляют свет путешествовать по изогнутым путям, а не прямые, в воздухе.

Лучи и лучи.
В заявлении о «прямых линиях» есть еще одна загвоздка. Линии - геометрическая идеализация; у них нет ширины. Эти прямые или изогнутые «линии», по которым движется свет, обычно называемые «лучами» в оптика. Как и линии геометрии, они - удобная выдумка: на самом деле не существует такой вещи, как «луч света». Вместо этого в реальном мире существует луч света ; и балки имеют ширину.

Сразу предупреждаю, что то, что I называют лучом света может быть не то, что вы, называете лучом света.Вы, наверное, думаете о чем-то вроде луча прожектора, который весь загорелся и ясно видно. Но этот луч прожектора виден только из-за света, который рассеивает из фактического луча. Так что вы видите не луч сам, но путь луча, видимый светом, который рассыпались из него к твоему глазу. Если бы луч проходил через вакуум, а не через загрязненный в городском воздухе его было бы совершенно незаметно. Итак, помните: я говорю о невидимых лучах.

Теперь, как связаны лучи и лучи? Что ж, лучи настоящие, и лучи - это то, что мы воображаем. Вы можете думать о луче как о центре линия узкого луча, если хотите.

Как говорит Маскарт, в начале Предисловия к его великий учебник (Париж, 1889 г.) по оптике:

На первый взгляд кажется, что в однородной среде свет рассеивается. распространяются по прямым линиям, и что направление этих лучей меняется внезапно, согласно определенным законам, на поверхности разделения два разных СМИ.С этой точки зрения можно построить особый наука, в которой из простых вопросов анализа извлекают исследование пучков лучей, исходящих из единственного источника. Тем не мение, эксперимент легко показывает, что луч света не имеет физического существования и что он исчезает, если кто-то пытается его изолировать; невозможно знать реальные свойства пучков лучей и изображений, которые они создают в оптических систем без введения размеров апертур путем чем они ограничены.

Обычно удобнее говорить о лучах, чем о лучах. Идея лучей настолько полезна и занимает центральное место в геометрической оптике, что мы часто говорим о лучах , как если бы они действительно существовали, и даже сказать «лучевая оптика» вместо «геометрическая оптика».

Преломление

Искривление световых лучей изменяющимся плотность в атмосфере составляет называется атмосферная рефракция . Преломление - это основной процесс, который производит миражи и зеленый цвет. мигает; но это требует отдельную веб-страницу для правильного объяснения.

Есть точный математический закон который описывает пути лучей через среду с любыми заданными свойствами; так что мы можем очень точно вычислить путь луча. Этот бизнес «Отслеживание лучей» по воздуху или через оптическую систему, вот что такое геометрическая оптика.

Но у него есть ограничения: когда препятствия или отверстия очень маленькие, (фактическое) волновая природа света заставляет очень узкие лучи или тени распространяться и становятся нечеткими по краям. Тогда лежащие в основе допущения о широком луче геометрическая оптика уже не верна, и «трассировка лучей» терпит неудачу.Поскольку мы должны были упомянуть здесь «природу света», это подводит нас к физической оптике.

Физическая оптика

Нам нужно использовать ту часть физической оптики, которая имеет дело с потерей свет от луча. Есть два основных процесса:

Поглощение.

Поглощенный свет полностью исчезает и (обычно) превращается в высокая температура. Поверхности темного цвета поглощают большую часть падающего на них света. (Подумайте, насколько жарко становится асфальт в солнечный день.) Воздух поглощает немного света; но молекулы воздуха поглощают только при конкретные длины волн в спектр.

Поглощения, которые наиболее важны для получения зеленых вспышек, следующие: те в желтой и оранжевой части спектра, вызванные озоном и водяной пар. Эти поглощения довольно слабые; но когда солнце близко горизонт, путь солнечного света в воздухе достаточно длинный, чтобы большая часть желтого и оранжевого света поглощается. Фактически, во время сумерки, синий цвет неба над головой в основном связан с поглощение оранжевого света озоном.

Но синее дневное небо имеет совершенно другое происхождение: оно обусловлено к рассеяние .

Рассеяние.

Рассеяние изменяет только направление света на . Конечно, зеркало тоже делает это; но то, что мы подразумеваем под «рассеянием», - это не просто отражение, что меняет направление луча, не делая его шире; но перераспределение света в по всем направлениям.

Шероховатые поверхности рассеивают свет. Но воздух и взвешенные в нем частицы, также рассеивают свет. Небо голубое, потому что молекулы воздуха разлетаются в синий цвет. и фиолетовый свет намного сильнее, чем цвета с более длинными длины волн, такие как желтый и красный.Куда бы вы ни посмотрели в ясное небо, вы увидеть синий свет, который был рассеян к вашим глазам с воздуха вдоль ваша линия взгляда. Рассеяние, производимое только молекулами воздуха, называется «рэлеевским. рассеяние », потому что это было первым объяснил лордом Рэли в 1871 году.

Для рэлеевского рассеяния требуются «маленькие» частицы. по сравнению с длина волны света. Молекулы воздуха примерно в тысячу раз меньше чем видимые длины волн, поэтому они, безусловно, удовлетворяют этому требованию.

Более крупные твердые или жидкие частицы, взвешенные в воздухе - обычно так называемые «пылинки» или «аэрозольные» частицы - также рассеивать свет.Но рассеяние твердых частиц происходит в основном в направлениях, близких к исходное направление света; так что он кажется самым ярким в той части неба возле Солнца. Яркий ореол вокруг Солнца, видимый во всех но самый чистый воздух обусловлен этим «рассеянием вперед» аэрозолями.

Рассеяние частиц также имеет более нейтральный цвет, чем молекулярное. рассеяние; поэтому ореол (из-за рассеяния частиц) почти белый. При сильном разбрасывании аэрозолей небо выглядит белесым, а не белым. чистый синий.А при рассеянии аэрозоля между вами и далеким ландшафтом возникает голубовато-белая дымка, которая может скрывать даже предметы на некотором расстоянии. (Потому что некоторые миражи появляются только в том случае, если они находятся на расстоянии многих миль или километрах, эти миражи не будут видны, если будет слишком много рассеяние.)

Если частицы лишь немного больше длины волны света, они разбегаются почти одинаково во всех направлениях. Чем крупнее частицы, тем больше рассеяние способствует движению вперед. направление.А если частицы большие и сферические - капли дождя, по сути - по определенным направлениям рассеяние очень избирательное. Вот почему капли дождя создают радугу.

Другие явления атмосферной оптики, требующие рассеяния аэрозолей: сумеречные лучи, и радужные облака. И не забудьте про луч прожектора!

Вымирание и передача.

Вместе процессы (поглощение и рассеяние), удаляющие свет от луча, падающего в атмосферу, называют экстинкции .Свет, который равен , а не , удален из луча путем гашения. передается . Доля исходного света, которая передается, обычно называется коэффициент пропускания .

Когда вы смотрите прямо на заходящее Солнце, вы видите его изображение рядом с проходящий свет. Поглощенный свет полностью исчез; свет, который был разбросанные по воздуху между вами и Солнцем, теперь озаряют небо.

В воздухе рассеяние - главный компонент вымирания; Итак Основное влияние на низкое Солнце - это рассеивание более коротких (голубых) длин волн по всему небу, оставляя в основном более длинные (красные) волны в прямой луч.Итак, заходящее Солнце красное или, по крайней мере, оранжевое. (Так это ореола, потому что рассеянный вперед свет прошел почти через такое же количество воздуха, как и в прямом проходящем свете.)

Это не означает, что другие цвета света вообще не передаются. Но желтый свет передается меньше, чем красный; зеленый, менее желтый; и меньше всего синего и фиолетового. Поскольку исчезновение аэрозоля немного больше для более коротких длин волн, загрязненный воздух пропускает еще меньше зеленого, синего и фиолетовый свет, чем чистый воздух.

Если рассеяние настолько сильное, что зеленый свет в небе ярче чем пропущенный зеленый свет в прямом луче от Солнца, вы не сможет увидеть зеленую вспышку.

(Более подробное техническое описание вымирание также доступен.)

Что дальше?

Если вы дочитали до этого места, не забегая вперед, Страница преломления, пожалуйста, перейдите туда сейчас. Он объясняет, как работает рефракция и как атмосферная рефракция может рассчитываться очень точно, учитывая определенную модель атмосферы (например,грамм.

Оптика для чайников: Оптика — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх