Слаботочка Книги

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [15] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119

Рис. 1.14. Формирование прямого (а) и перевернутого (б) изображений плоским

зеркалом:

/ - зеркало; 2 и 2- предмет и его мнимое изображение; 3 - лучи от предмета; 4 - направление наблюдения

КИХ поверхностей, образующих эту систему. Согласно лучевой теории в такой системе лучи, близкие к оптической оси (параксиальные лучи), формируют неискаженные (стигматические) изображения. Математический аппарат «параксиальной оптики» составляют коллинеарные преобразования, обеспечивающие такой переход от пространства предметов к пространству изображений, при котором точке, прямой, плоскости, оси симметрии одного пространства соответствуют сопряженные им точка, прямая, плоскость и ось симметрии другого пространства, причем между элементами двух пространств имеется однозначное взаимное соответствие.

Рассмотрим, что дает лучевая тес рия для простейших оптических элементов (полагаем, что окружающая среда - воздух и значение п в приведенных ниже формулах относится к материалу элемента).

Плоское зеркало (рис. 1.14) представляет систему с единичным увеличением, дающую мнимое изображение предмета. (Изображение называют мнимым, если оно образовано не самими лучами, а их продолжениями.) В зависимости от расположения предмета, зеркала и наблюдателя могут реализовываться условия прямого и перевернутого изображений {Г= + 1 в схеме на рис. 1.14,а и Г--1 в схеме на рис. 1.14,6). Элемент Рис 1.15. Направления падающего (/ свободен от аберраций при любом ха-

го )То~°ог?(Гл\~в Р--Р ™™

плоскопараллельной пластинке кальных металлических поверхностей

(Ag, Al, Au, Cr, Ni, Cu и др.) в видимой и ближней ИК областях спектра легко достигается /?=0,98... 0,99. Зеркало используется для отклонения пучков лучей, их поступательного смещения, оборачивания изображения.

Плоскопараллельная пластинка (рис. 1.15) сохраняет неизменным направление проходящего через нее светового луча, вызывая в то же время его параллельный сдвиг на

A = dsin е

\ У п- sir

(1.78)

- sin е

sine

Прн нормальном падении луча пластинка смещает (-приближает к себе) изображение вдоль оси на величину

A=d(n-l)/n. (1.79)

Взаимодействие лучей, отраженных от верхней и нижней границ пластинки, порождает интерференционную картину, для которой угловые координаты экстремумов освещенности определяются условием

sin Оэнстр = ]/ - , га = 1. 2, 3,..., (1.80)

причем четным значениям т соответствуют .максимумы, а нечетным - минимумы освещенности. При нормальном падении лучей на четвертьволновую пластинку [d=X/(in)] интенсивность отраженного потока оказывается наименьшей.

Плоскопяряллельная пластинка, работающая в параллельных лучах, является безаберрациовной системой; при конусном ходе лучей имеют место сферическая аберрация, астигматизм, дисторсия. Плоскопараллельные пластинки широко иапользуются в качестве фазокомпенсирующих элементов, а также в интерференционных приборах. В частности, отражающие и интерференционные свойства тонких плоскопараллельных пластинок лежат в основе принципа действия полупрозрачного диэлектрического зеркала, изготавливаемого путем нанесения на стеклянную подложку чередующихся пленок диэлектриков с высоким и низким значениями п (например, ZnS и SiOi). Используя (1.32) и (1.80), получаем любое требуемое значение коэффициента отражения и пропускания такого зеркала (важный практический случай R=T=0,5). Характерная особенность этого элемента - сильная спектральная и угловая зависимость R(\, G) в случае многослойных (13... 17 слоев) структур приводит к высокой избирательности.

Призмы (рис. 1.16,0, б), представляющие собой многогранники из прозрачного материала, служат главным образом для оборачивания изображения, изменения ширины параллельных пучков лучей, для спектрального разложения световых потоков. При построении оборачивающих систем используются и отражательные, и преломляющие свойства граней; широкие конструкторские возможности открывает многообразие геометрических форм призм. Для улучшения отражения иногда грани алюмннируют. Во избежание излишних аберраций обычно преломляющее ребро призмы (линия пересечения .преломляющих граней) устанавл.ивается параллельно щели, формирующей световой поток. Максимальная угловая дисперсия .преломляющей призмы при падении на нее параллельного пучка лучей шириной Я

De = {d/H) (dn/dK), (1.81

где d - сторона основания призмы, а dn/d\ - дисперсия ее материала.

а) 6}

Рис. 1.16. Ход лучей в отражающей (а) и преломляющей (б) призмах

Линзы (рис. 1.17) несомненно относятся к числу основных элементов большинства оптических систем; конструктивно они представляют собой однородный прозрачный материал, ограниченный двумя полированными преломляющими поверхностями, из которых хотя бы одна - неплоская (обычно сферическая). Наиболее распространены тонкие двояковыпуклые сферические линзы, хотя известно и много других их разновидностей. Рассмотрение хода лучей в различных линзах показывает, что они могут служить для преобразования параллельного пучка лучей в сходящийся (.собирающая линза), в расходящийся (рассеивающая) или в параллельный пучок другого сечения (телескопическая). Во всех случаях назначение линзы - формирование оптического изображения с одновременным его увеличением (уменьшением). В зависимости от конструкции

Рис. 1.17. Ход лучей в собирающей (а), рассеивающей (б), телескопической (е) линзах и в линзо-растровом экране (г)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [15] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119