Лекции прикладная оптика / Lec1_2015

Лекция 1

Оптическое излучение в курсе прикладной оптики

Геометрическая оптика, не рассматривая вопроса о природе света, исходит из эмпирических

законов его распространения и использует представление о распространяющихся независимо друг

от друга световых лучах, преломляющихся и отражающихся на границах сред с разными

оптическими свойствами и прямолинейных в оптически однородной среде.

Методы геометрической оптики позволяют изучить условия формирования оптического изображений объекта как совокупности изображений отдельных его точек и объяснить многие явления (миражи, радуги), связанные с прохождением оптического излучения в различных, в т. ч. оптически неоднородных, средах (например, рефракция света). Наибольшее значение геометрическая оптика (с частичным привлечением волновой оптики) имеет для расчѐта и конструирования оптических приборов - от очковых линз до сложных объективов и огромных астрономических инструментов. Благодаря развитию и применению вычислительной математики, методы таких расчѐтов достигли высокого совершенства, и сформировалось отдельное направление, получившее название вычислительной оптики.

Оптику, рассматривающую вопросы, связанные с природой света и световых явлений, называют физической.Физическая оптика рассматривает проблемы, связанные с природой света и световых явлений.

Утверждение, что свет есть поперечные электромагнитные волны, основано на результатах огромного числа экспериментальных исследований дифракции света, интерференции света, поляризации света и распространения света в анизотропных средах. Совокупность явлений, в которых проявляется волновая природа света, изучается в крупном разделе физической оптики - волновой оптике. Еѐ математическим основанием служат общие уравнения классической электродинамики уравнения Максвелла. Свойства среды при этом характеризуются макроскопическими материальными константами - значениям и диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости , входящими в уравнения Максвелла в виде коэффициентов. Эти

величины однозначно определяют показатель преломления п среды: n .

Огромную роль в развитии волновой оптики сыграло установление связи величии и с молекулярной и кристаллической структурой вещества. Это позволило объяснить все явления, сопровождающие распространение света в рассеивающих и анизотропных средах и вблизи границ разделов сред с разными оптическими характеристиками, а также - зависимость от (дисперсию) оптических свойств сред, влияние на световые явления давления, температуры, звука, электрических и магнитных полей и др.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Изучением закономерностей восприятия света человеческим глазом занимается физиологическая оптика, смыкающаяся с биофизикой и психологией и исследующая механизмы зрения.

0.5

, нм

Кривая спектральной чувствительности глаза

Прикладная оптика включает сведения, как об отдельных оптических деталях, так и об их совокупности.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ОПТИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

2. Обеспечение требуемой точности механизмов прибора. Это достигается выполнением следующих условий:

1)выбором оптимальной кинематической схемы (в передаче движения участвует малое число звеньев и использованы наиболее точные виды передач, возможна компенсация ошибок);

2)назначением надлежащих допусков на элементы кинематики в соответствии с расчетом механизма на точность;

3)правильным выбором материалов (т.е с учетом температурной компенсации);

4) назначением классов чистоты обработки, термообработки рабочих поверхностей подвижных деталей, которые обеспечивали бы требуемые точности и износоустойчивость.

И т.д.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ОПТИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

3. Надежность прибора в эксплуатации

Под надежностью понимается вероятность того, что рабочие характеристики данного прибора будут находиться в определенных пределах в течение заданного промежутка времени при заданных условиях работы. При определении надежности может иногда учитываться также возможность простой и быстрой замены наиболее изношенных или менее надежных частей устройства. Повышение надежности достигается соблюдением следующих основных требований:

1)прочностью и устойчивостью крепления деталей, узлов и всего прибора. Следует по возможности избегать закрепления регулируемых на резьбе деталей стопорами, лучше применять подрезки торцов, иди прокладки;

2)надлежащим выбором материалов и обработки трущихся деталей, обеспечением их смазки, применением направляющих (подшипников) с малым трением;

3)достаточной герметизацией полостей прибора, в которых расположены оптические детали, применением надежных сальников, надежных уплотнений и стойких уплотнительных замазок для наружных деталей (крышек, защитных стекол и т.п.). Для приборов, эксплуатируемых в различных атмосферных условиях, должна быть предусмотрена эффективная осушка внутренних полостей (осушительные патроны, клапаны осушки, нагревательные элементы). Желательно, чтобы свободные объемы полостей, в которых расположены оптические детали, были наименьшими;

4)применением коррозионностойких материалов, стойких от налетов и разрушений оптических стекол и надежных защитных покрытий механических и оптических деталей;

5)применением токопроводящих (обогревающих) покрытий наружных оптических деталей;

6)прочностью и надежностью средств укладки, хранения и транспортировки.