Реальные (действительные) лучи
Ход реального луча отличается от хода нулевого (идеального) луча. Отклонение хода реального луча от идеального связано со строгим выполнением законов преломления и отражения (параграф 3.1) на реальных поверхностях оптических систем.
Отличия реальной оптической системы от идеальной:
В реальной оптической системе происходит ограничение пучков, то есть не все существующие лучи проходят через оптическую систему и достигаютпространства изображений. Проходящие пучки лучей имеют конечные размеры.
Ход лучей, проходящих через оптическую систему, не совпадает с ходом идеальных лучей (реальные оптические системы обладают аберрациями).
Аберрации лучей (лат. – отклонение) – отклонение хода реального луча от идеального.
. Расчет хода реальных лучей
Рассмотрим
ход реальных лучей в меридиональной
плоскости. Реальные
лучи,
в отличие от нулевых,
преломляются не на главных
плоскостях
г Для
вычисления оптической
силы поверхности
для реального луча необходимо учитывать
углы падения
|
и 
,
а на реальных оптических поверхностях 
и 
.
Формулы расчета реального луча состоят
из переноса и преломления:
де 
–
расстояние вдоль луча между поверхностями
(косая толщина),
–
оптическая сила поверхности в точке
преломления луча.
ипреломления 
реального
луча:
26.Основные законы геометрической оптики
Законы геометрической оптики
В основе геометрической оптики лежат несколько простых эмпирических законов:
Закон прямолинейного распространения света
Закон независимого распространения лучей
Закон отражения света
Закон преломления света (Закон Снелла)
Закон обратимости светового луча. Согласно нему луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении.
Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.
Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров («точечный источник»). Другим доказательством может служить известный опыт по прохождению света далекого источника сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий световой пучок. Этот опыт приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны. Таким образом, геометрическая оптика, опирающаяся на представление о световых лучах, есть предельный случай волновой оптики при λ → 0. Границы применимости геометрической оптики будут рассмотрены в разделе о дифракции света.
На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а часть пройдет через границу и продолжит распространяться во второй среде.
Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.
Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:
|
Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом в 1621 г.
Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:
n = n2 / n1. |
Законы отражения и преломления находят объяснение в волновой физике. Согласно волновым представлениям, преломление является следствием изменения скорости распространения волн при переходе из одной среды в другую. Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ1к скорости их распространения во второй среде υ2. Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в бреде.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ |
Геометрическая оптика основана на представлении о световых лучах.Световой луч - линия, вдоль которой распространяется энергия светового излучения. Луч всегда перпендикулярен к волновой поверхности. Оптические свойства вещества характеризуются величиной, называемой абсолютным показателем преломления n. Абсолютный показатель преломления показывает во сколько раз скорость света в вакууме с больше скорости света в веществе v Относительный показатель преломления равен отношению абсолютных показателей преломления в двух средах: n21 = n2/n1; n21 = v1/v2. где v1 и v2 - скорость света в первой и во второй среде соответственно. |
||||||||
Основные законы геометрической оптики. 1. Закон прямолинейного распространения света и следствия из него:
2. Закон отражения света:
|
||||||||
От разных поверхностей свет отражается по-разному. Существуют следующие виды отражения: зеркальное и диффузное (см. рис. 2). 3. Закон преломления света:
sin()/sin() n1; n12 = n2/n1. |
27.Отражение.
Когда свет отражается от полированной плоской поверхности, угол падения (измеренный от нормали к поверхности) равен углу отражения (рис. 1), причем отраженный луч, нормаль и падающий луч лежат в одной плоскости. Если на плоское зеркало падает световой пучок, то при отражении форма пучка не изменяется; он лишь распространяется в другом направлении. Поэтому, глядя в зеркало, можно видеть изображение источника света (или освещенного предмета), причем изображение кажется таким же, как и исходный объект, но находящимся за зеркалом на расстоянии, равном расстоянию от объекта до зеркала. Прямая, проходящая через точечный объект и его изображение, перпендикулярна зеркалу.
28.ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Оптические материалы (ОМ) — природные и синтетические материалы, кристаллы или стёкла (оптическое стекло, фотоситаллы, оптические кристаллы, оптическая керамика и др., оптические полимерные материалы), прозрачные в том или ином диапазоне электромагнитных волн, которые применяются для изготовления оптических элементов (деталей), работающих в ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной областях спектра, стойких и взаимодействущих с рентгеновскими лучами и др. К ним относятся оптические среды, как некоторые полимеры, оптические плёнки, воздух, газы, жидкости и другие вещества, пропускающие оптическое излучение.
Общие сведения
В настоящее время широкое применение получают материалы на основе кварца, кремния высокочистого, прозрачного оптического стекла, фотоситалла и др. в оптических системах. Это связано с современным уровнем технологий получения и обработки твёрдых Оптических материалов, которые сочетают сверхвысокую дисперсию с самым большим абсолютным значением коэффициента преломления, например у кремниевых n=3,4 и др. Процессы обработки монокристалов, например, кварца или кремния, обеспечивают перевод их в стекловидно-аморфное состояние с высокими оптическими характеристиками. Это делает их незаменимым материалом в науке и технике для изготовления современных оптических систем и элементов с новыми возможностями использования в широком диапазоне электромагнитнотого излучения (ЭИ). (Например, в приборах ночного видения, биноклях; в зоне частот (ЭИ) — ралиоволн, обладая способностью сжимать расходяшиеся сферические радиоволны в сходяшиеся, они применяются в радарах, прицелах и др. Стойкость оптических элементов на базе кварца,кремния к рентгеновским лучам используется в создании современных микроскопов, спектроскопов и др.)
Виды оптических материалов
Неорганические оптические материалы;
Силикатные стекломатериалы
Оптическая керамика
Органические оптические материалы;
Минералоорганические оптические материалы.