108. Явление полного внутреннего отражения. Волоконная оптика

Рассмот­рим переход света из среды с большим показателем преломле­ния n₁ (оптически более плотной) в среду с меньшим показа­телем преломления n₂ (оптически менее плотную). На рис.показаны лучи, падающие на границу стекло-воздух. Для стекла показатель преломления n ₁ =1,520; для воздуха n₂= 1,000

Увеличение угла падения приводит к увел-ю угла пре­ломления до тех пор, пока угол прелом-я не станет равным 90°. Далее при увел-и угла падения пада­ющий луч не прелом-ся (угол падения превышает предельный для данных сред угол), а полностью отражается от границы раздела (поверхность раздела в этом случае выступает как зеркало). Это явление наз. полным внутренним отражением. Предельным углом полного отражения явл. угол паде­ния , при кот. угол преломления равен 90°. Относительный показатель прелом-я II среды относительно первой:

Волоконная оптика.

Явление полного внутр. от­ражения исп-ся в гибких световодах. Если свет направить на конец тонкого стеклян. стержня (волокна), то углы, под кот. лучи падают на стенки стержня, превысят предельный угол. => претерпевая полное отражение, лучи будут распр-ся в стержне даже в том случае, если он изогнут. При этом имеют место потери энергии, обусл-ные поглощением света в-вом внутри стержня. Такие стержни (каналы) наз. световодами = рис1. Устройства, в кот. осущ-тся передача света по световодам наз. общим термином- волоконная оптика. Она широко исп. в медицине: для визуального исслед-я внутр. полых органов исп. гибкие гастроскопы, эндоскопы

С помощью световодов осущ-ся передача лазерного излучения во внутр. ткани и органы с целью лечебного воздействия. На рис2 показаны различ. способы подве­дения лазер. излучения к ткани: 1-лазер.луч нацелен на ткань ч/з систему диафрагм и линз; 2-луч подводится ч/з с-му подвижных зеркал; 3-луч проводится по гибкому пустотелому световоду с внутр. зеркальной поверхностью; 4-луч проводится ч/з гибкий кварцевый световод и дистан­ционно нацелен на ткань. Примером природной волоконнооптической системы явл. сетчатка чел. глаза. Попадая на сетчатку, свет восприн-тся светочувствит. элементами (палочками и колбочками). Этот слой подобен волоконнооптич. устройству. У травянистых растений стебель играет роль световода, под­водящего свет в подземную часть растения. Глубина, на кот. идёт свет, ≈ 4-5 см.

109. Линзы. Аберрация линз

Линза - прозрачное тело, огранич. обычно двумя сфе­рич. поверхностями, каждая из кот. может быть вы­пуклой или вогнутой. Прямая, проход. ч/з центры этих сфер, наз. главной оптической осью линзы

Проходя ч/з линзу, световой луч отклоняется. Если отклонение происх. в сторону оптической оси - линза наз. собирающей, а если нет - рассеивающей.

Любой луч, падающий на собир. линзу параллельно оптич. оси, после преломления прох. ч/з точку опти­ч. оси (F), наз. главным фокусом. Для рассеив. линзы ч/з фокус прох. продолжение преломлен. луча

Рис : 1-собир. и 2-рассеив.

У каждой линзы им. два фокуса, распол. по обе стороны. Расст-е от фокуса до центра линзы - главное фокусное расстояние (берется со знаком «+» для собир. линзы и со знаком «-» для рассеив.

Величина, обратная фокус. расст-ю - оп­тич. сила линзы: D=1/f. (1дптр(диоптрия)-это оптич. сила линзы с фокус­. расст-ем 1м) Линзы исп. для получения изображений. Рассмот­рим предмет, распол. перпенд-но оптич. оси собир. линзы, и построим изобр. его верхн. точки(А). В завис-сти от положения предмета возможны 2 случая: а и б.

Рассеив. линза дает мнимое изобр. предмета при всех его положениях. Для расчета изображения исп. формула линзы, ко­т. устанавл. связь м/у положениями точки и ее изоб­р-ем: ,где f- фокусное расст-е, α₁- расстояние от предмета до линзы; α₂ – расст-е от изобр. до линзы

Аберрации линз

Аберрации — общее название для погрешностей изображения, возникающих при использовании линз.

1.Сферическая аб-ция: пери­ферич. части линзы сильнее отклоняют лучи, чем центральные.

2. Астигматизм [в глазу обр. при асимметрии в кривизне систем хрусталика и роговицы]: недостаток

оптич. системы, при кот. сферич. световая волна, проходя оптическую систему, деформируется.

3. Дисторсия (искажение)-нарушается геометрич. подобие м/у объектом и изобра­жением. .

4. Хроматическая аб-ция - пучок белого света, идущий параллельно главной оптич.оси, будет фокусир-ся

в раз­ных ее точках, разлагаясь в спектр.