Сферична аберація.

На рис. 5 показаний хід променів від джерела , розташованого на оптичній осі, що заломлюються в збірній лінзі великої світлосили. Параксіальні промені перетинаються в точці, що перебуває на відстанівід оптичного центра лінзи. Чим далі від оптичної осі поширюватиметься вихідний промінь, тим сильніше він буде відхилятися, перетинаючись у все більш близьких до оптичного центра лінзи точках. Самі крайні промені перетнуться в точці, і зображенням світної точкибуде не точка, і цілий відрізок S'S". Цей відрізокє мірою сферичної аберації. Для збірної лінзи,<0, а для розсівної>0.

Рис. 5.

Наявність сферичної аберації робить дещо невизначеним поняття фокуса та фокальної площини лінзи. На екрані, перпендикулярному до оптичної осі, зображення буде не точковим, а матиме вигляд нерівномірно освітленого кола, діаметр якого буде мінімальним не в точці S', а трохи ближче до лінзи.

Для зменшення сферичної аберації можна діафрагмувати пучок, обмежуючи його променями, близькими до параксіальних. Однак введення діафрагми знижує світлосилу лінзи.

Іншим способом боротьби зі сферичною аберацією є комбінування збірної (<0) і розсівної (>0) лінз. При цьому крайні промені можна звести в ту ж точку, що й параксіальні.

3. Опис вимірювальної установки.

Для визначення параметрів досліджуваної збірної лінзи, і вивчення її оптичних дефектів збирається лабораторна установка (рис. 6).

В результаті зсуву екрану Е відносно оптичної лінзи L без діафрагми D вздовж оптичної лави домагаються максимального фокусування променів на екрані. При цьому вимірюється фокусна відстань.

Розташування різних діафрагм перед лінзою призводить до зміни фокусної відстані. Максимальний розкид значень фокусної відстані й визначає значення сферичної аберації.

Рис. 6.

4. Контрольні запитання.

1. Що являє собою оптична лінза? Які лінзи ви знаєте?

2. Що таке оптичний центр лінзи, фокус і фокальна площина?

3. Що таке оптична сила лінзи і головна фокусна відстань? Який взаємозв'язок між ними?

4. Що мається на увазі під стигматичним зображенням?

5. Які промені називаються параксіальними?

6. Від чого виникають дефекти лінз? Перелічіть відомі вам дефекти лінз.

7. Що таке сферична аберація?

8. Які вам відомі способи боротьби з різними спотвореннями зображень в оптичних лінзах?

5. Домашнє завдання.

Для виконання роботи необхідно вивчити зазначені нижче питання з курсу фізики: основні закони геометричної оптики; оптична лінза і її властивості; побудова зображень в оптичній лінзі; оптичні системи і їхні похибки.

6. Лабораторне завдання.

1. Зібрати схему, зазначену на рис. 6. Розмістити досліджувану лінзу на відстані 30 - 50 см від джерела випромінювання.

2. Переміщаючи екран вздовж оптичної лави домогтися максимально чіткого зображення джерела випромінювання на екрані. Виміряйте фокусну відстань.

3. Проведіть 7-10 вимірювань. Результати вимірювань занесіть у таблицю.

Вид діафрагми:
Номер досліду	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, см

4. Визначите середнє значення фокусної відстані для проведеної групи вимірювань

(7)

5. Обчисліть середню квадратичну похибку проведених вимірювань за формулою:

(8)

6. Обчисліть оптичну силу лінзи за формулою:

(9)

Якщо тавиміряються в метрах, товиміряється в діоптріях.

7. Помістити перед лінзою першу діафрагму, що закриває центральні промені. Домогтися максимального фокусування променів. Повторити вимірювання та обчислення описані в пп. 2-5.

8. Помістити перед лінзою другу діафрагму, що закриває периферійні промені. Повторити вимірювання та обчислення описані в пп. 2-5.

9. Визначити значення сферичної аберації лінзи (різниця середніх значень фокусних відстаней для обох діафрагм) і похибку її визначення (сума середньоквадратичних похибок, обчислених для першої та другої діафрагм).

10. У висновках до роботи вкажіть яке значення сферичної аберації виявлено в збірної оптичної лінзи, яка використовувалась в лабораторній роботі.