Дифра́кция све́та

Дифракция света — явление наблюдаемое при распространении света в среде с резкими неоднородностями. Свет отклоняется от прямолинейного распространения при прохождении его через малое отверстие или узкие щели (0,1—1,0 мм). В этом случае лучи света распространяются не только прямо, но и в стороны, отчего вокруг светлого кружка или светлой полосы появляется цветная кайма — дифракционные кольца или полосы (рис.3.4.). Первые легко наблюдать, если смотреть сквозь малое отверстие на стоящий недалеко источник света. Чем меньше отверстие, тем больше диаметр первого кольца дифракции. С увеличением отверстия его диаметр уменьшается. Дифракция ухудшает резкость изображения при очень сильном диафрагмировании объектива. Вследствие дифракции при освещении непрозрачных экранов на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики должен был бы происходить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается ряд светлых и тёмных дифракционных полос.

Дифракционные явления были хорошо известны ещё во времена Ньютона, но объяснить их на основе господствовавшей в то время корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом. Независимо от него французский ученый О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений (1818 г.). Подтверждение теории Френеля на опыте явились одним из основных доказательств волновой природы света. В настоящее время это теория носит название принцип Гюйгенса–Френеля и в ряде практически важных случаев решение дифракционных задач на основе этого принципа даёт достаточно хороший результат.

Дифракция света

Рис.3.4.

Оптическая ось  прямая, связывающая центральные точки сферических поверхностей по обе стороны линзы. Другими словами, оптическая ось это гипотетическая центральная линия, связывающая центр кривизны на каждой поверхности линзы. В объективах, состоящих из нескольких линз, крайне важно, чтобы оптическая ось каждой линзы идеально совпадала с оптическими осями всех других линз. В особенности это относится к Зум-объективам, построенным из нескольких групп линз, которые движутся сложным образом. Для поддержания надлежащей оптической соосности необходима исключительно точная конструкция тубуса объектива.

Параксиальный луч  световой луч, проходящий вблизи оптической оси и наклоненный под очень небольшим углом к оптической оси (рис.3.5.). Точка, в которой сходятся параксиальные лучи, называется параксиальной фокальной точкой. Поскольку изображение, формируемое монохроматическим параксиальным лучом, в принципе свободно от аберрации, параксиальный луч играет большую роль в понимании основ действия систем линз.

.

Рис.3.5.

Раздел 4. Устройство оптического металлографического микроскопа

В оптическом микроскопе изображение создается за счет различно­го отражения «видимого» света различными точками образца, причем степень отражения может зависеть от длины падающей волны света. Отражение является упругим процессом. Изображение объекта в оптическом микроскопе формируется при помощи системы стеклянных линз, имеющих более высокий показа­тель преломления, чем воздух.

При использовании двояковыпуклой линзы сферическая форма ее передней и задней поверхностей способствует тому, что параллельный пучок света, падающий на переднюю поверх­ность, собирается в точку на рас­стоянии, называемым фо­кусным расстоянием. Если линза вогнутая (отрицательный ра­диус кривизны поверхности), па­раллельный луч за линзой расходится так, как будто он излучается мнимым точечным источником, находящимся перед линзой. Эту точ­ку называют мнимым фокусом, а фо­кусное расстояние считают отрицательным.

Передняя и задняя поверхности линзы могут иметь различный знак кривизны. Суммарная кривизна двух поверхностей определяет, является ли линза положительной или отрицательной. Аналогично, стекло может иметь различный показатель преломления. В оптических микроскопах используют как выпуклые, так и вогнутые линзы с соответствующими ко­эффициентами преломления. Собранные в оптические системы, они формируют различные узлы оптической схемы микроскопа. Системы мо­гут состоять как из одной-двух линз, так и из 10-12 линз. В зависимости от положения в микроскопе, их называют объективом, промежуточной опти­ческой системой и окуляром.

На практике плоская волна собирается не в точку (фокус линзы), а в пятно конечного размера. Это обусловлено целым рядом причин. Пока­затель преломления стекла зависит от длины волны света, и как следст­вие, фокусное расстояние зависит от длины волны. Таким образом, более коротковолновые лучи фокусируются на большем расстоянии от линзы, чем длинноволновые. Это явление называют хроматической аберрацией. По этой причине линза собирает параллельный пучок белого света не в точку, а в разноцветное пятно конечного размера.

Рис.4.1. Хроматизм положения (1) и его уменьшение с помощью ахроматической линзы (2)

Хроматические аберрации ведут к снижению чёткости изображения, а иногда также и к появлению на нём цветных контуров, полос, пятен, которые у предмета отсутствовали.

Для толстых линз большого диаметра даже монохроматический свет (имеющий одну длину волны) собирается не в точку. Это связано с тем, что внешняя об­ласть линзы (соответствующая большим углам преломления) является бо­лее короткофокусной, чем ее центральная часть. Данное явле­ние называют сферической аберрацией, и она также приводит к увеличению размера фокусируемого пятна. Системы линз в оптическом микроскопе подобраны так, чтобы уменьшить аберрацию настолько, насколько это возможно.