Б). Оптическая линза
Разрешающая способность спектральных приборов
А). Призма
Рис. 8.10
|
Проходя через призму, белый цвет (луч) не только преломляется, но и разлагается в цветной радужный спектр.
Рассмотрим прохождение через призму монохроматического луча света.
Свет, падающий на призму, с преломляющим углом d и абсолютным показателем преломления n (окружающая среда - вакуум, nв = 1) проходит через призму, как показано на рис. 8.10.
Используя закон преломления в точках А и С, имеем
Из рис. 8.10 следует, что
q = (a1 - b1) + (a2 - b2);
b1 + b2 = d.
Следовательно,
n (8.41)
q = a1 + a2- d
Если Ða1 = Ða2, то угол отклонения светового луча q будет наименьшим.
Во многих оптических приборах применяются отражательные призмы. Для построения хода лучей в них используют закон преломления и явление полного внутреннего отражения.
Световой луч, войдя в призму, испытывает одно или несколько полных внутренних отражений.
Угол, образованный выходящим лучом с выходной гранью призмы, равен углу, образованному входным лучом с входной гранью. Это приводит к тому, что в отражательных призмах не наблюдается разложение белого света на различные цвета.
Это не наблюдается и при прохождении белого света через плоскопараллельную пластинку.
В случае, где рассматривается призма Дове, световые лучи наряду с полным внутренним отражением испытывают два преломления.
При падении белого света на такую призму из нее выйдет набор лучей разного цвета.
Однако из-за параллельности лучей и вследствие того, что световой пучок имеет некоторую ширину, произойдет их сложение (перекрытие) и будет наблюдаться снова белый свет.
Это произойдет в том случае, если ширина пучка d< D 
, где D - ширина выходящего пучка из призмы.
При D ~2×10-4 м наблюдатель может разрешить (видеть раздельно), например, красный и фиолетовый лучи.
Отражательную призму используют вместо второго зеркала в резонаторе лазера для получения импульсного излучения, если она вращается.
Например, при числе оборотов n = 103 об/c, совершаемых отражательной призмой, получают световые импульсы длительностью t ~10-7 с.
Максимальная величина мощности импульса составляет ~107 Вт.
Разрешающую способность призмы можно найти по формуле:
l / dl = - ( 
2 - 1) dn / dl, (8.42)
где 2 и 1 - различные пути хода лучей в призме и при нормальной дисперсии стекла призмы (dn / dl < 0).
Минимальная разрешающая способность призмы, при которой может быть разрешена двойная D-линия натрия l / dl » 956, если 2 = 1 см - длина основания призмы; 1= 0.
б). Оптическая линза
В науке и технике широко используются оптические собирающие и рассеивающие линзы, электронные, магнитные и гравитационные линзы.
Если оптическая линза находится в среде с абсолютным показателем преломления n1 > 1, то формула линзы записывается в виде
,
где n - абсолютный показатель преломления материала линзы; R1 и R2 - радиусы кривизны преломляющих поверхностей линзы; F - фокусное расстояние линзы.
Если n1 = 1, то формула (6.41) принимает более простой вид:
(8.43)
или 
, (8.43а)
|
где f - расстояние от предмета до линзы; d - расстояние от изображения до
|
линзы.
Рис. 8.11
На рис. 8.11, а показан ход лучей в собирающей линзе. На рис. 8.11, б показан ход лучей в рассеивающей линзе.
Угловое расстояние между двумя светящимися точечными объектами можно найти по формуле dq = Dq1, где Dq1 – угловое расстояние двух точечных источников, даваемое идеальной линзой с диаметром объектива линзы D. Величина, обратная dq – есть разрешающая способность линзы (оптической системы).
Для телескопа угловое расстояние двух точечных источников можно найти по формуле
Dq1 =1,22×l / D, (8.44)
D – диаметром объектива телескопа.
Аберрация света
При использовании различных оптических приборов из-за параксиальности лучей (приосевые лучи) возникают искажения изображений предметов на экране. Существуют несколько типов аберраций оптических систем:
а). Сферическая аберрация.
Сферическая аберрация наблюдается при получении изображений предметов с помощью линз.
Края линзы сильнее преломляют лучи, чем преломление средней части линзы, что приводит к размытости изображения. Различные комбинации собирающих и рассеивающих линз с разными показателями преломления почти полностью удается устранить сферическую аберрацию.
б). Кома.
Если через оптическую систему проходит широкий пучок лучей от светящейся точки, расположенной не на оптической оси, то на экране изображение этой точки выглядит в виде светящегося пятнышка, напоминающего кометный хвост. Такая световая погрешность называется комой. Используя комбинации собирающих и рассеивающих линз, с разными показателями преломления удается устранить кому.
в). Хроматическая аберрация
Если оптическую систему освещают не монохроматическим светом, то в результате дисперсии изображении на экране будет не только размыто, но и окрашено по краям. Такое явление называется хроматической аберрацией.
Для устранения хроматической аберрации используют комбинации собирающих и рассеивающих линз, с разными показателями преломления для совмещения фокусов нескольких цветовых лучей.
г). Дисторсия
Нарушение геометрического подобия между предметом и его изображением на экране из-за больших углов падения лучей на оптические системы называют дисторсией. Различают подушкообразную и бочкообразную дисторсии.
д). Астигматизм
Погрешность, обусловленная неодинаковостью кривизны оптической поверхности в различных плоскостях сечения падающего светового пучка, называется астигматизмом. Устраняют астигматизм подбором различных радиусов кривизны преломляющих поверхностей оптической системы.
Дата добавления: 2016-02-04; просмотров: 1011;