Физические принципы оптической микроскопии, сахариметрии, рефрактометрии.

ПЛАН.

1. Центрированная оптическая система.

2. Микроскоп, ход лучей.

3. Разрешающая способность микроскопа.

4. Явление поляризации света. Закон Малюса.

5. Поляризация света при двойном лучепреломлении.

6. Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия.

7. Исследование биологических тканей в поляризованном свете.

8. Преломление света. Рефрактометр.

1. Центрированная оптическая система.

В связи с компенсацией недостатков одиночных линз оптические системы в приборах, как правило, состоят из нескольких линз с общей главной осью. Такая система называется центрированной оптической системой (Ц. О. С.).

Центрированная оптическая система может состоять также из нескольких одиночных сферических поверхностей, разделяющих среды с различными показателями преломления (такова, например, оптическая система глаза).

П ри построении изображения предметов центрированная оптическая система рассматривается как одно целое, а ход лучей в ней определяется с помощью нескольких характерных точек и плоскостей.

Этот же прием применяется и при построении изображения в толстой линзе.

Прежде всего это два главных фокуса и (передний и задний), т. е. точки, в которых пересекаются лучи, параллельные главной оси, после преломления в системе. В этом система подобна одиночной линзе. В наиболее общем случае по обе стороны Ц. О. С. могут находиться среды с различными показателями преломления (например, оптическая система глаза). В этом случае переднее и заднее фокусные расстояния Ц. О. С, (или линзы) будут отличаться.

На главной оси имеются две точки и , называемые главными точками. Плоскости, проходящие через эти точки перпендикулярно главной оси, называются главными плоскостями. Они характеризуются тем, что луч, падающий на одну плоскость в точке М на расстоянии h от главной оси, выходит из второй плоскости в расположенной на таком же расстоянии точке М' (рис. 1).

Фокусные расстояния отсчитываются от главных точек системы. В одиночной тонкой линзе эти плоскости сливаются в одну главную плоскость, проходящую через оптический центр линзы.

На главной оси имеются еще две узловые точки и , через которые падающий и преломленный лучи проходят под одним и тем же углом к главной оси.

Если по обе стороны оптической системы находится одинаковая среда, например воздух, то узловые точки совпадают с главными точками. Для одиночной тонкой линзы все эти точки совпадают с оптическим центром.

Два фокуса, две главные и две узловые точки называются кардинальными точками центрированной оптической системы. Для построения изображения предмета пользуются способом, аналогичным одиночной тонкой линзе, т, е. используют известный ход двух лучей: луча, параллельного главной оси системы (проходит через точки М и М'), и луча, проходящего через узловые точки. Пример построения таким образом изображения А'Б' предмета АБ показан на рис. 1.

Необходимым элементом оптических систем, образующих изображение предметов, является оптическая диафрагма. Это непрозрачное тело (обычно экран) с отверстием, ограничивающее площадь сечения, или, как говорят, ширину пучка световых лучей. Отверстие диафрагмы располагается так, чтобы его центр совпадал с главной осью оптической системы, а .плоскость отверстия была ей перпендикулярна. Диафрагмой может служить также край или оправа линзы.

Д иафрагма, расположенная перед входной линзой прибора, называется апертурной диафрагмой (вообще апертурной называется диафрагма, наиболее ограничивающая световой пучок, независимо от места ее расположения в оптической системе).

Апертурная диафрагма Д (рис. 2, а) ограничивает ширину световых пучков, поступающих в систему от отдельных точек предмета, а также не пропускает в систему лучи, идущие от точек предмета,, значительно удаленных от главной оси (например, точка N") и поэтому падающих на линзу под большим углом. Это способствует устранению аберраций и повышает резкость изображения, хотя при этом ограничивается количество световых лучей, попадающих в оптическую систему, т. е. уменьшается яркость изображения.

Апертурная диафрагма также ограничивает поле зрения; т. е. ту часть наблюдаемого предмета, которая дает изображение в оптической системе. Для определения границ поля зрения надо провести прямые от точек А, в которых пересекаются лучи, образующие входной угол , с диаметром линзы к краям отверстия диафрагмы (пунктирные линии AN).

Угол , равный половшие угла, под которым отверстие апертурной диафрагмы видно из точки О пересечения главной оси системы с плоскостью 'предмета (см. рис. 2, а), или, другими словами, половине угла, образованного лучами, идущими из этой точки к краям отверстия диафрагмы, называется апертурным углом оптической системы. Апертурный угол – это пространственный угол, ограничивающий конус световых лучей, попадающих в линзу. Апертурным углом называют также плоский угол при вершине этого конуса.

В микроскопе предмет помещается почти у самого переднего фокуса объектива, а апертурный угол ограничивается оправой самой линзы. Поэтому тангенс апертурного угла (рис. 2, б) равняется отношению радиуса R объектива к его фокусному расстоянию :

,

где D –диаметр линзы.

Величина D/f называется относительным отверстием, (D/f)² – светосилой, объектива; эта величина, обусловливает яркость изображения, образуемого объективом микроскопа.