Аберрации оптических систем. Элементы электронной оптики.

1. сферическая аберрация – погрешность при которой изображение светящейся точки на экране, перпендикулярный оптич оси, получается в виде расплывчатого пятна.

2. кома. Если ч/з оптическую систему проходит широкий пучок от светящейся точки, расположенной не на оптической оси, то получаемое изображение этой точки буде в виде освещённого пятна, напоминающего кометный хвост.

3. дисторсия – погрешность, при которой при больших углах падения лучей на линзу линейное увеличение для точек предмета, находящихся на разных расстояниях от главной оптической оси, несколько различается: подушкообразная, бочкообразная.

4. хроматическая аберрация. При падении на оптическую систему белого света отдельные составляющ его монохроматические лучи фокусируются в разных точках (наибольшее фокусное расстояние имеют красные лучи, наименьшее – фиолетовые), поэтому изображение размыто и по краям окрашено.

5. астигматизм – погрешность, обусловленная неодинаковостью кривизны оптической поверхности в разных плоскостях сечения, падающего на него светового пучка.

Электронные линзы, магнитные линзы, электронный микроскоп, эл.оптич преобразователь.

Основные фотометрические величины и их единицы.

Фотометрия – раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников.

1. энергетические:

   1. поток излучения , где W – энергия излучения.

   2. Энергетическая светимость .

   3. Энергетическая сила света .

   4. Энергетическая яркость .

   5. Энергетическая освещённость

2. световые:

   1. световой поток Ф [лм]

   2. светимость R=Ф/S [лм/м²]

   3. яркость

   4. освещённость E=R [лк].

Когерентность и монохроматичность световых волн.

Когерентность – необходимое условие интерференции волн, согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.

Монохроматические волны – неограниченные в пространстве волны одной определённой и строго постоянной частоты.

Временная когерентность – когерентность колебаний, которые совершаются в одной и той же точке пространства, определяемая степенью монохроматичности волн.

Радиус когерентности – максимальное поперечное направлению распространения волны расстояние, на котором возможно проявление интерференции.

Интерференция света и её применение.

При наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы а в других –минимумы интенсивности.

Оптическая длина пути – произведение геометрической длины S пути световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды.

(m=0,1,2,…) – условие интерференционного максимума.

(m=0,1,2,…) – условие интерференционного минимума.

Применение: интерференционная спектроскопия, для улучшения качества оптических приборов, создание высоко отражающих покрытий, интерферометры.

Дифракция света. Законы Френеля.

Дифракция – огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или любое отклонение распростр волн вблизи препятствий от з-нов геометрич оптики.

явление объясняется с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задаёт положение волнового фронта в следующий момент времени.

Явление характерно для волновых процессов.

Зоны Френеля: радиус: .

Дифракционная и пространственная решётки.

Разрешающая способность оптических приборов. Голография.

Дисперсия и поглощение (абсорбция) света.

Зависимость показателя преломления n в-ва от частоты  света, зависимость фазовой скорости V световых волн от его частоты  . Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении ч/з призму. С помощью призмы, так же как и с помощью Д.Р., разлагая свет в спектр, можно определить его спектральный состав.

Поглощение – явление уменьшения энергии световой волны при её распространении в в-ве вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии. Описывается з-ном Бугера: .

Спектр поглощения характеризуется полосами поглощения. Диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения.

Явление используют для изготовления светофильтров, в абсорбционном спектральном анализе смеси газов.

Естественный и поляризованный свет.

Естественный свет – свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора E.

Поляризованный свет – свет, в котором направления колебания светового вектора каким-то образом упорядочены.

Плоскость поляризации – плоскость, проходящая ч/з направление распространения этой волны.

Степень поляризации: , для естественного света: все I и P =0, для плоско поляризованного I=0, P=1. естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя поляризаторы, пропускающие колебания только определённого направления.

Поляризация света на границе двух диэлектриков. Анализ поляризованности света.

Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлектриков, то часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде. Устанавливая на пути отражённого и преломлённого лучей анализатор убеждаемся, что отражённый и преломлённый лучи частично поляризованы. .

Совокупность пластин – стопа – для повышения поляризованности.

Тепловое излучение. Оптическая пирометрия. Тепловые источники света.

Свечение тел, обусловленное нагреванием. Характеризует ся сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры.

Количественной хар-кой является спектральная плотность энергетической светимости тела – мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины: интегральная энергетическая светимость:

Спектральная поглощательная способность – способность тел поглощать падающее на них излучение: .

2 вида тела: чёрное – тело, способное поглощать полностью при любой температуре всё падающее на него излучение любой частоты; серое – тело, поглощательная способность которого меньше 1, но одинакова для всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела.

Оптическая пирометрия: методы изучения высоких температур использующие зависимость R_,T или R_ от температуры.

Приборы – пирометры.

Закон Кирхгофа. Законы Стефана Больцмана и смещения Вина.

З-н Кирхгофа: отношение спектральной плотности энергетической светимости R_,T к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела, оно является для всех тел универсальной функцией частоты и температуры. .

З-н Стефана-Гольцмана: - энергетич светимость чёрного тела =5,67*10^-8 – постоянная Стефана-Больцмана.

Мощность излучения с поверхности тела: P=R_eS

З-н смещения Вина: b = 2,9*10^-3 – вина.

Виды, законы фотоэффекта и его применение. Уравнение Эйнштейна.

Виды:

1. внешний фотоэффект – испускание электронов в-вои под действием эл.м.излучения.

2. внутренний фотоэффект – вызванные эл.м.излучением переходы электронов внутри п/п или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу.

3. вентильный - возникновение ЭДС при освещении контакта 2-х различных п/п или п/п и Ме.

З-н Столетова:

1. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов вырываемых из катода в единицу времени пропорцон равен интенсивности света.

2. максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, он определяется только его частотой.

3. для каждого в-ва существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света ниже которой фотоэффект невозможен.

Применение: вакуумный фото элемент, фотоэлектронные умножители.