Тема 7. Элементы геометрической и электронной оптики

До установления природы света были установлены основные законы оптики:

1. Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

Пример: Наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их точечными источниками света.

2. Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.

3. Законы отражения и преломления света: падающий, отраженный, преломленный лучи и перпендикуляр, восстановленный к границе раздела двух сред лежат в одной плоскости.

Угол падения равен углу отражения

- закон отражения

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред

- закон преломления

где n₂₁ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

- относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления.

Тогда закон преломления света можно записать в виде

Отсюда вытекает обратимость световых лучей: если преломленный луч падает на границу раздела сред под углом β, то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом , т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча 1.

Различают абсолютный и относительный показатели преломления.

- абсолютный показатель преломления – величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в среде.

- относительный показатель преломления – величина, равная отношению скорости света в одной среде к скорости света в другой среде.

Если свет распространяется из оптически более плотной среды n₁ (с большим n) в оптически менее плотную n₂ (с меньшим n), то

С увеличением угла падения α увеличивается и угол преломления β. При некотором угле падения α угол преломления будет β=90⁰ – предельный угол – падающий свет полностью отражается, причем интенсивности падающего и отраженного света одинаковы. Это явление называют полным внутренним отражением света.

Предельный угол β _пр sin β _пр =

Явление полного отражения используется в призмах полного отражения (рефрактометр).

Геометрическая оптика - раздел оптики, в котором законы распространения света рассматриваются на основе представления о световых лучах.

Световые лучи - нормальные к волновым поверхностям линии, вдоль которых распространяется поток световой энергии.

Линзы – прозрачные тела, ограниченные двумя поверхностями.

По внешней форме линзы делятся на двояковыпуклые, двояковогнутые и т.д.

По оптическим свойствам – на собирающие и рассеивающие.

Тонкая линза – толщина значительно меньше по сравнению с радиусами поверхностей, ограничивающих линзу.

- формула тонкой линзы

- оптическая сила линзы

Линзы с положительным D - собирающие, с отрицательным D – рассеивающие.

Отношение линейных размеров изображения и предмета называетя линейным увеличением линзы

- линейное увеличение

В реальных оптических системах возникают искажения изображения – аберрации, обусловленные тем, что показатель преломления линзы считали не зависящим от длины волны падающего света, а падающий свет монохроматическим.

Виды аберраций (погрешностей):

- сферическая аберрация

- кома

- дистория

- хроматическая аберрация

- астигматизм

Электронная оптика – область физики, в которой изучаются вопросы формирования, фокусировки и отклонения пучков заряженных частиц и получения с их помощью изображений под действием электрических и магнитных полей в вакууме.

Комбинируя различные электронно-оптические элементы – электронные линзы, зеркала, призмы – получают электронно-оптические приборы: электронно-лучевую трубку, электронный микроскоп, электронно-оптический преобразователь.