§ Просветление оптики

П остановка задачи: на плоской границе двух диэлектриков всегда возникают потери энергии на отражение часто в оптических системах (далее ОС) возникает необходимость избегать подобных потерь (особенно это актуально в больших ОС).

Идея просветления оптики (просветление оптики - избавление от потерь) принадлежит Гребеншикову. n_ср n_пл n_л. Для того чтобы отраженные лучи гасились, а проходящие усиливались необходимо два условия:

1. Интенсивности лучей 1 и 2 должны быть примерно равны.

2. Лучи 1 и 2 должны быть в противофазе.

, n_ср=1

Если i=0, ; d_min= – минимальная толщина пленки, обеспечивающая ослабление отраженных лучей. Обычно используют пленки, оптическая толщина которых кратна d_min.

;

Т акими должны быть показатели. Просветляющие пленки настроены обычно на длину волны 500-550 нм. В отраженном свете будут преобладать красные и синие лучи, этот факт обуславливает фиолетовые и бардовые цвета объективов. Еще одно важное применение интерференции - изготовление интерференционных фильтров и зеркал. Принцип их действия аналогичен просветлению оптики. Подобная система состоит из многих слоев диэлектриков с сильно отличающимся показателем преломления (n₁=1,3…1,4; n₂=2,2…2,3), но имеющими одинаковую оптическую толщину. В зависимости от параметров слоев можно получить интерференционный фильтр или зеркало. Интерференционные фильтры, зеркала имеют узкий спектральный интервал и большие коэффициенты пропускания (отражения). Они широко используются в спектральном приборостроении и лазерной технике.

И нтерферометры – это измерительные приборы, действие которых основано на явлении интерференции:

1. Интерферометр Релея;

2. Интерферометр Майкельсона (рисунок 3):

Р₁ – пластинка светоделитель (делит луч на лучи 1 и 2);

Р₂ – пластинка компенсатор (вносит дополнительную разность хода в луч 2);

М₁ – зеркало, как правило, подвижное.

И нтерферометр Майкельсона позволяет наблюдать интерференционные картины на плоскопараллельном слое воздуха и на воздушном клине (если М₁ и М₂ находятся под углом). При изменение положении зеркала М₁ на экране можно зарегистрировать картину, называемую интерферограммой.

Она представляет собой зависимость интенсивности от оптической разности хода. Используя Фурье преобразования, её можно превратить в( зависимость от частоты, т.е. в спектр. Данный интерферометр можно использовать, как Фурье спектрометр.

3. Интерферометр Жамена и Рождественского.

§ Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля

Дифракция – всякое отклонение распространения световых волн от прямолинейности, если оно не может быть истолковано, как результат отражения, п реломления или изгибания световых волн в средах с непрерывно изменяющимся коэффициентом преломления (последнее называется рефракцией).

А томная рефракция проявляется в искажении положения звезд и увеличении светового дня, около минуты во время восхода и заката! Мы видим оптическую иллюзию (прямые лучи). В некоторых случаях под рефракцией понимают всякое преломление лучей. Если в среде имеются мельчайшие неоднородности (туман, дым и т.д.), то в этом случае принято говорить о рассеивание света, термин дифракция здесь не употребляется. Для объяснения дифракции может быть использован принцип Гюйгенса-Френеля.

Каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, эти волны когерентны между собой и с падающей волной. Положение фронта распространения волны определяется результатом интерференции первичных и вторичных волн.

Данный принцип описывает только качественную сторону дифракции, количественную сторону можно описать с помощью дополнительных принципов, выдвинутых Френелем:

1. Д ля волновой поверхности мощность вторичного излучения равных по площади участков одинакова.

2. Амплитуда вторичных волн в направлении, составляющим с нормалью волновой поверхности некоторый угол α тем меньше, чем больше этот угол и равна нулю при

Т.к. число точек волнового фронта бесконечно велико, то математическое описание интерференции вторичных волн является сложным, выполняется для некоторых случаев. Для практического описания дифра9]кции Френелем был предложен метод, названный впоследствии методом зон Френеля.

В олновой фронт от источника S разделяется на определенные зоны, эти зоны получаются из волнового фронта радиусами длины , которые имеют общий центр в точке М. Фронт делится на кольцевые зоны, расстояние до которых от точки М постоянно при фиксированном i. При этом аналогичные точки двух соседних зонд оказываются противофазными, таким образом, две соседних зоны Френеля (любое четное число) будут гасить друг друга за счет интерференции, а нечетное количество зон Френеля усиливать. Найдем радиус i-ой зоны Френеля:

Для нахождения r_i рассмотрим треугольники ∆SAB и ∆MAB:

=