Курс лекций Оптическая физика

421

д

Дальний тип предмета (изображения) - предмет (изоб-

ражение) расположены в бесконечности, поперечные размеры измеряются в угловой мере.

Дефокусировка - это тип аберраций, при котором все лучи на выходе оптической системы пересекаются в одной точке, но не в точке идеального изображения (свидетельствует о продольном смещении плоскости изображения).

Диафрагма - это металлический экран с круглым отвер-

мость показателя преломления от длины волны.

Дисперсия волновой аберрации по зрачку - разность среднего квадрата и квадрата среднего волновой аберрации по зрачку.

Дисторсия - это тип аберраций, который приводит к искажению прямых линий, не проходящих через ось.

Дифракция света - это отклонение движения света от лучевых траекторий, не связанное с преломлением или отражением.

Дифракционно-ограниченные системы - оптические системы, в которых аберрации малы, а качество изображения определяется в основном явлениями дифракции.

е

Единичный вектор направления - это вектор, показы-

вающий направление распространения волнового фронта. Длина единичного вектора направления равна единице.

з

Заднее фокусное расстояние - это расстояние от задней главной точки до заднего фокуса.

Задний фокальный отрезок - это расстояние от по-

следней поверхности до заднего фокуса.

Задний фокус - это точка на оптической оси в пространстве изображений, сопряженная с бесконечно удаленной

422

точкой, расположенной на оптической оси в пространстве предметов.

Задняя фокальная плоскость - плоскость, перпендику-

лярная оптической оси и проходящая через задний фокус.

Закон Ламберта (закон косинусов) - плоская поверх-

ность, имеющая одинаковую яркость по всем направлениям, излучает свет, сила которого изменяется по закону косинуса.

Закон Малюса-Дюпена - нормальная конгруэнция сохраняет свойства нормальной конгруэнции в процессе прохождения через различные среды.

Закон независимого распространения лучей - если че-

рез точку пространства проходит несколько лучей, то каждый луч ведет себя так, как если бы других лучей не было.

Закон обратимости - траектория и длина хода лучей не зависят от направления распространения.

Закон обратных квадратов - освещённость, создавае-

мая точечным источником обратно пропорциональна расстоянию от источника до поверхности и прямо пропорционально косинусу угла, между направлением светового потока и нормалью к освещаемой поверхности.

Закон преломления - падающий луч, преломленный луч и нормаль к поверхности раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости, причем произведение показателя преломления на синус угла между лучом и нормалью сохраняет свое значение при переходе в следующую среду.

Закон прямолинейного распространения - в однород-

ной среде лучи - прямые линии.

Зрачковая функция - это функция амлитудно-фазового пропускания оптической системы, выраженная в канонических зрачковых координатах.

Зрачковые канонические координаты - это отноше-

ние реальных зрачковых координат к апертурам (размерность этих координат не зависит от типа предмета или изображения).

и

Идеальная оптическая система - оптическая система, в

которой отсутствуют аберрации и дифракция, а изображение строится по законам параксиальной оптики .

423

Изображение - картина, состоящая из точек пересечения лучей, выходящих из оптической системы, с некоторой поверхностью в пространстве изображений.

Изопланатизм - постоянство аберраций оптической системы по полю.

Интенсивность - усредненная во времени величина, равная квадрату модуля комплексной амплитуды.

Интерференция - явление, возникающее при сложении двух полей.

Инфракрасное излучение (ИК) - оптическое излуче-

ние с длинами волн от 780 нм и примерно до 40 мкм. Источник излучения - это некоторая поверхность, из-

лучающая энергию.

к

Канонические (приведенные) координаты на предме-

те и изображении - безразмерные координаты, которые связаны с реальными через канонические единицы, являющиеся отношениями длины волны к входной или выходной апертурам .

Канонические пространственные частоты - безраз-

мерные пространственные частоты, приведенные к теоретическому пределу разрешения.

Каустика - это поверхность, образованная совокупностью локальных фокусов негомоцентрических пучков.

Квазигомоцентрический пучок лучей - это пучок,

все лучи которого проходят через небольшую область пространства.

Когерентные поля - это поля, для которых разность фаз остается постоянной за время инерции приемника.

Кома - это тип аберраций, при котором нарушается симметрия широкого пучка лучей в меридиональном сечении .

Комплексная амплитуда - это комплексный множителесь в комплексном описании гармонической функции, который содержит только вещественную амплитуду и фазу.

Конгруэнция - это такая совокупность линий в пространстве, для которой выполняется условие, что через любую

424

точку пространства можно провести только одну линию из этой системы.

Контраст периодических (гармонических) изображе-

ний - отношение разности максимума и минимума интенсивности к их сумме.

Коэффициент альбедо - определяет степень белизны поверхности .

Коэффициент виньетирования - это отношение раз-

меров срезаемой части диафрагмы к ее радиусу.

Коэффициент отражения - это отношение отраженного потока к падающему.

Коэффициент пропускания - это отношение прошед-

шего светового потока к падающему.

Кривизна - это тип аберраций, при котором наилучшее изображение получается на искривленной поверхности, а не на плоскости.

л

Ламбертовский излучатель - это такой излуча-

тель, яркость которого не зависит от положения точки на его поверхности и от угла наблюдения.

Ламбертовское рассеяние - рассеяние света плоской поверхностью происходит одинаково во всех точках и одинаково по всем направлениям.

Линейное увеличение оптической системы - это от-

ношение линейного размера изображения в направлении, перпендикулярном оптической оси, к соответствующему размеру предмета в направлении перпендикулярном оптической оси.

Локальный фокус - это точка, в которой пересекается несколько лучей.

Луч - это прямая или кривая линия, вдоль которой распространяется энергия светового поля (приближение геометрической оптики).

Лучевая (световая) трубка - окрестность реального луча, в пределах которой световой поток постоянный; представляется в виде трубки, состоящей из бесконечно узкого пучка лучей, ограниченного бесконечно малыми площадками на входе и выходе.

425

м

Магнитная индукция B - вектор, показывающий влияние среды на напряженность магнитного поля.

Магнитная проницаемость m - коэффициент, описы-

вающий поведение вещества под действием магнитного поля.

Матрица Гаусса (матрица преобразования) - матрица размером 2х2, описывающая преобразование координат нулевого луча оптической системой.

Матрица переноса - матрица Гаусса, которая описывает преобразование только линейных координат нулевых лучей .

Матрица преломления - матрица Гаусса, которая описывает преобразование только угловых координат нулевых лучей .

Меридиональная плоскость - это любая плоскость,

проходящая через оптическую ось.

Монохроматические аберрации - аберрации, которые не зависят от изменения длины волны (сферическая, кома, дисторсия, астигматизм).

Монохроматическое поле - это поле, зависящее от вре-

мени по гармоническому закону.

н

Неахроматизированная оптическая система - оптиче-

ская система, в которой хроматические аберрации не исправлены.

Негомоцентрический пучок - это пучок, не имеющий общего фокуса (все лучи пучка не пересекаются в одной точке).

Неизопланатизм - это отклонение от условия изопланатизма.

Некогерентные поля - это поля, для которых разность фаз меняется случайным образом много раз за время регистрации.

Нижний луч внеосевого пучка - это луч, проходящий через нижний край апертурной диафрагмы и соответствующие ему сопряженные точки входного и выходного зрачков.

426

Нормальная конгруэнция - это конгруэнция, все линии которой пересекаются некоторой поверхностью под прямым углом.

Нулевой луч - это луч, который преломляется по законам параксиальной оптики, но имеет произвольные зна-

Обобщенное положение предмета/изображения - по-

ложение предмета/изображения, имеющее одинаковое обозначение, но разный геометрический смысл и размерность для ближнего и дальнего типа предмета/изображения.

Обобщенное увеличение - отношение обобщенной величины изображения к обобщенной величине предмета.

Общая дисперсия - разность между показателями преломления для наибольшей и наименьшей длин волн, которые пропускает стекло.

Объемная плотность заряда - величина электрического заряда в данной точке пространства.

Однородная среда - это среда, в которой показатель преломления не зависит от пространственных координат.

Опорная плоскость - это некоторая произвольно выбранная плоскость, перпендикулярная оптической оси.

Оптическая длина луча nl - это произведение геометрической длины пути луча на показатель преломления среды, в которой распространяется свет.

Оптическая ось - это общая ось симметрии поверхностей, составляющих центрированную оптическую систему.

Оптическая передаточная функция - функция, харак-

теризующая передачу оптической системой тонкой структуры предмета через спектр пространственных частот.

Оптическая плотность среды - это логарифм величи-

ны, обратной пропусканию.

Оптическая поверхность - это гладкая регулярная поверхность точно известной формы.

427

Оптическая сила - величина, обратная приведенному заднему фокусному расстоянию.

Оптическая система - это совокупность оптических сред, разделенных оптическими поверхностями и элементами, которые ограничиваются диафрагмами, предназначенная для формирования изображения путем перераспределения в пространстве электромагнитного поля, исходящего из предмета.

стот электромагнитного поля в небольшой окрестности частоты

направление распространения волнового фронта. Длина оптического лучевого вектора равна показателю преломления среды.

Освещенность - это поверхностная плотность потока энергии, падающего на поверхность.

Осевой пучок - это пучок лучей, который входит из осевой точки предмета.

Относительная предметная координата - отношение реальной предметной координаты к ее максимальному значению.

Относительное отверстие - это абсолютное значение отношения диаметра входного зрачка к заднему фокусному расстоянию системы.

п

Параксиальная область - это область, бесконечно близкая к оптической оси.

Параксиальная (гауссова) оптика - раз-

дел геометрической оптики, который основывается на параксиальном приближении законов прохождения лучей через оптическую систему.

Параксиальные характеристики - это кардинальные отрезки оптической системы: фокусные расстояния, фокальные отрезки, положения главных плоскостей.

428

Параксиальный луч - луч, идущий бесконечно близко к оптической оси.

Переднее фокусное расстояние - это расстояние от передней главной точки до переднего фокуса.

Передний отрезок - это расстояние вдоль оптической оси от оптической системы до предмета.

Передний фокальный отрезок - это расстояние от пер-

вой поверхности оптической системы до переднего фокуса. Передний фокус - это точка на оптической оси в

пространстве предметов, сопряженная с бесконечно удаленной точкой, расположенной на оптической оси в пространстве изображений.

Передняя фокальная плоскость - плоскость, перпен-

дикулярная оптической оси и проходящая через передний фокус.

Периодическая решетка - это структура с равностоящими белыми и черными полосами.

Плоские волны - это волны, которые имеют плоские волновые фронты .

Плоскость Гаусса (плоскость идеального изображе-

ния) - плоскость изображения, построенного по законам параксиальной оптики.

Плоскость изображений - это плоскость, перпендикулярная оптической оси в пространстве изображений.

Плоскость наилучшей установки - это плоскость, где наблюдается изображение наилучшего качества.

Плоскость предметов - это плоскость, перпендикулярная оптической оси и проходящая через предмет.

Поверхностная плотность потока энергии - это вели-

чина потока, приходящегося на единицу площади.

Поверхностная плотность тока - значение электриче-

ского тока в данной точке поверхности.

Показатель преломления среды по отношению к ва-

кууму n - это отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде.

Поле в пространстве предметов - это часть плоскости предмета, которая изображается оптической системой.

429

Полевая диафрагма - это диафрагма, ограничивающая размеры поля в пространстве предметов.

Полное внутреннее отражение - явление, при котором свет, идущий из оптически более плотной среды в менее плотную, полностью отражается обратно, если угол падения в более плотной среде больше некоторого критического значения.

Положение главных плоскостей - расстояние от пер-

вой/последней поверхности оптической системы до передней/задней главной плоскости.

Поляризация света - поляризация света - ориентация векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Обычно поляризация возникает при отражении и преломлении света, а также при распространении света в анизотропной среде. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризацию света.

Поперечные аберрации - это отклонения координат точки пересечения реального луча с плоскостью изображения от координат точки идеального изображения.

Порог контраста - контраст, ниже которого изображение уже нельзя зарегистрировать.

Поток излучения - это величина энергии, переносимой полем в единицу времени через данную площадку.

Правило знаков - правила знаков для отрезков, углов и радиусов кривизны оптической системы.

Предельная разрешающая способность - это мини-

мальное расстояние между двумя точками, при котором их изображение можно отличить от изображения одной точки.

Предмет - это совокупность точек, из которых выходят лучи, попадающие в оптическую систему.

Преобразование Фурье - интегральное преобразование. Приведенная яркость - отношение энергетической яр-

кости к квадрату показателя преломления.

Приведенное (эквивалентное) фокусное расстояние -

отношение фокусного расстояния к показателю преломления. Принцип таутохронизма - оптическая длина любого

луча между двумя волновыми фронтами одна и та же.

430

Принцип Ферма - оптическая длина луча между двумя точками минимальна по сравнению со всеми другими линиями, соединяющими эти две точки.

Продольное увеличение оптической системы - это отношение бесконечно малого отрезка, взятого вдоль оптической оси в пространстве изображений к сопряженному с ним отрезку в пространстве предметов.

Продольные аберрации - это отклонения координат точек пересечения реальных лучей с главным лучом от координаты пересечения главного луча с плоскостью изображения, измеренные вдоль оптической оси.

Просветление оптики - применение тонкослойных диэлектрических пленок для ослабления френелевского отражения.

Пространственная частота - частота периодической гармонической решетки.

Пространство изображений - вся возможная совокуп-

ность точек изображения.

Пространство предметов - вся возможная совокупность точек предмета.

Пятно рассеяния - изображение светящейся точки.

р

Радиус-вектор точки r - вектор координат точки (в Декартовой системе координат).

Разрешающая способность по Фуко - максималь-

ная пространственная частота периодического тест-объекта с единичным контрастом, при которой еще достигается минимально заданный контраст изображения.

Реальная оптическая система - оптическая система,

которая имеет конечные поперечные размеры и в которой может нарушаться гомоцентричность пучков.

Реальные зрачковые координаты - обобщенные ко-

ординаты луча на зрачке (размерность этих координат зависит от типа предмета или изображения).

Реальный луч - это луч, который преломляется и отражается на реальных поверхностях оптической системы со строгим выполнением законов отражения и преломления.

431

Рентгеновское излучение - оптическое излучение с длинами волн примерно от 0.08 до 80 нм.

Референтная сфера - это волновой фронт идеального пучка с центром кривизны в точке идеального изображения, проходящий через центр выходного зрачка.

Референтное поле - поле, которое имеет известную фазовую картину.

с

Сагиттальная плоскость - это плоскость, которая со-

держит главный луч пучка, перпендикулярна меридиональной плоскости и не проходит через ось (может быть ломаной и рассматривается по частям).

Световая экспозиция - это величина энергии, приходящейся на единицу площади за некоторое время.

Световое поле - электромагнитное поле в оптическом

это поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется. За направление силы света принимают ось телесного угла, в пределах которого распространяется поток излучения.

Сила света I[кд]- это поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется. За направление силы света принимают ось телесного угла, в пределах которого распространяется поток излучения.

Сопряженные линии - это линии, для которых каждая точка линии в пространстве предметов сопряжена с каждой соответствующей точкой линии в пространстве изображений.

Сопряженные точки - точки, одна из которых является изображением другой в соответствии с законами параксиальной оптики.

Спектр пространственных частот - совокупность ко-

эффициентов разложения по пространственным частотам.

432

Спектральная плотность поверхностной плотности потока излучения - это функция, показывающая распределение светимости или освещенности по спектру излучения.

Спектральная плотность потока излучения - это функция, показывающая распределение энергии по спектру излучения.

Спектральная плотность пропускания - это функция,

показывающая распределение коэффициента пропускания по спектру излучения.

Спектральная плотность силы излучения - это функ-

ция, показывающая распределение силы света по спектру излучения.

Спектральная плотность энергетической ярко-

сти Lλ(λ)- это функция, показывающая распределение энергетической яркости по спектру излучения.

Средний квадрат деформации (среднеквадратическое отклонение) волнового фронта (СКВ) WСКВ- квадратный ко-

рень из дисперсии волновой аберрации.

Средняя сферическая сила света - отношение всего светового потока, испускаемого источником, к величине полного телесного угла, равного четырем π.

Сферическая аберрация - это тип аберраций, который приводит к тому, что все лучи, выходящие из осевой точки предмета, не пересекаются в одной точке, но пучок остается радиально симметричным.

Сферические волны - это волны, которые име-

Телесный угол - участок пространства, ограниченный конусом; измеряется как отношение площади участка, вырезаемой конусом на сфере, к ее радиусу.

Телецентрический ход лучей - ход лучей, при кото-

ром главные лучи идут параллельно оптической оси.

Тонкая линза (тонкая оптическая система) - это линза или оптическая система, осевой размер которой равен нулю.

433

Тонкая линза представляется в виде совмещенных главных плоскостей.

Теорема Остроградского-Гаусса для электростатиче-

ского поля - поток вектора электрического смещения через любую замкнутую поверхность равен заряду заключенному внутри поверхности.

Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля

- поток вектора индукции магнитного поля через любую замкнутую поверхность равен нулю.

Точечная диаграмма лучей - картина точек пересече-

ния лучей, равномерно распределенных по зрачку, с плоскостью изображения.

Теорема о циркуляции вектора напряженности маг-

нитного поля - циркуляция вектора напряженности магнитного поля по любому замкнутому контуру равна сумме токов, обычного и смещения, протекающих через поверхность, охваченную этим контуром.

Теорема о циркуляции вектора напряженности вих-

ревого электрического поля - циркуляция вектора напряженности электрического поля по любому замкнутому контуру равна сумме со знаком минус скорости изменения магнитного потока пронизывающего этот контур.

Точечный источник - это источник, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до него, и который излучает поток, равномерный по всем направлениям.

у

Угловое увеличение оптической системы - это отно-

шение тангенса угла между лучом и оптической осью в пространстве изображений к тангенсу сопряженного с ним угла в пространстве предметов.

Угол Брюстера - это угол, при котором происходит полная поляризация естественного света при отражении.

Угол отражения - это угол между отраженным лучом и нормалью к поверхности в точке отражения.

Угол падения - это угол между лучом, падающим на преломляющую или отражающую поверхность, и нормалью к поверхности в точке падения.

434

Угол преломления - это угол между преломленным лучом и нормалью к поверхности в точке преломления.

Узловые точки - это точки на оптической оси, в которых угловое увеличение равно единице.

Ультрафиолетовое излучение (УФ) - оптическое излу-

чение с длинами волн от 80 до 400 нм Уравнение Гельмгольца - волновое уравнение для мо-

нохроматического поля.

Уравнения Максвелла - уравнения, описываю-

щие электромагнитное поле в векторном виде.

ф

Фокус пучка - это точка, в которой пересекаются все лучи пучка.

Формулы Френеля - формулы, связывающие амплитуды падающей, прошедшей и отраженной волн.

Функция видности - это относительная спектральная кривая эффективности монохроматического излучения, которая показывает, как глаз воспринимает излучение различного спектрального состава.

Функция рассеяния точки - это функция, описываю-

щая зависимость распределения освещенности от координат в плоскости изображения, если предмет - это светящаяся точка в центре изопланатической зоны.

х

Хроматизм положения - это тип аберраций, при котором положение плоскости изображения зависит от длины волны.

Хроматизм увеличения - это тип аберраций, при котором увеличение оптической системы зависит от длины волны.

Хроматические аберрации - это проявление зависимо-

сти характеристик оптической системы от длины волны света.

ц

Центрированная оптическая система - это оптическая система, которая имеет ось симметрии (оптическую ось) и сохраняет все свои свойства при вращении вокруг этой оси.