🗊Презентация Оптика. Электромагнитные волны, частоты

Оптика Авторы Тишков Артем Валерьевич 2016

Оптика Оптика — это раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его взаимодействие с веществом.

Электромагнитные волны, частоты Скорость света 299 792 458 ± 1,2 м/с ≈ 3∙108 м/с

Видимый спектр

Геометрическая оптика Геометрическая оптика — это раздел оптики, в котором световой луч представляется в виде прямой лини, вдоль которой распространяется энергия световой волны. В геометрической оптике не учитывается волновая природа электромагнитных волн, и связанные с ней явления интерференции и дифракции. Геометрическая оптика соответствует предельному случаю малых длин волн, т.е. λ→0.

Закон отражения и преломления света Падающий, отраженный и преломленный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к границе раздела в точке падения. Угол падения равен углу отражения. Углы падения и преломления связаны следующим отношением (закон Снеллиуса):

Полное внутреннее отражение

Тонкая линза Тонкая линза — в ней расстояние между поверхностями много меньше расстояния между предметом и изображением В зависимости от выпуклости/вогнутости преломляющей поверхности, линзы могут быть собирающими и рассеивающими. Собирающая линза может создать действительное изображение, рассеивающая — только мнимое. Ход лучей в линзе обратим

Линза. Основные точки и линии 1/2 Главная оптическая ось — прямая, проходящая через центры кривизны (ц.к. – центр соприкасающейся окружности – наилучшего приближения кривой в данной точке) Оптический центр — центральная точка О, через которую лучи походят, не изменяя направление Фокус (F) — точка на главной оптической оси, в которой пересекаются после преломления лучи (или их продолжения), падающие на линзу параллельно главной оптической оси. У линзы два фокуса: передний, со стороны объекта, и задний, со стороны, противоположной объекту.

Линза. Основные точки и линии 2/2 Фокусное расстояние F  — расстояние от оптического центра (точка О) до фокуса. У собирающей линзы F > 0, у рассеивающей F < 0. Фокальная плоскость — плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно оптической оси. Оптическая сила — величина, обратная фокусному расстоянию: D =1/F

Формула линзы, вывод

Walkie-Talkie сегодня

Parabolic trough solar thermal electric power plant located at Kramer Junction in California

Ход лучей в линзе Лучи, параллельные главной оптической оси, пересекаются в фокусе. Лучи, проходящие через оптический центр линзы, не преломляются. Параллельные лучи, один из которых проходит через центр линзы, пересекаются в фокальной плоскости.

Построение изображения в собирающей линзе Расстояние от предмета до линзы более 2f

Построение изображения в собирающей линзе Расстояние от предмета до линзы между f и 2f

Построение изображения в собирающей линзе Расстояние от предмета до линзы меньше f

Аберрации линз Аберрация линзы – (aberratio (лат) уклонение) погрешность, неточность изображения, даваемого линзой Параксиальные лучи – это лучи, составляющие небольшие углы с главной осью линзы. Рассматривая в общем случае и непараксиальные лучи, а также разные углы преломления для лучей света разных длин волн (дисперсия), получим, что точка предмета не всегда дает точечное изображение, что является причиной аберраций.

Виды аберраций Монохроматические – вызываемые широкими световыми пучками и наклоном пучка к оптической оси. Сферическая аберрация, Кома, Астигматизм, Дисторсия Хроматические – вызываемые волновой природой света и, как следствие, явлениями дисперсии и дифракции. Хроматизм положения, Хроматизм увеличения

Сферическая аберрация Периферические части линзы преломляют сильнее, чем центральные. Изображение точки получается в виде размытого пятна. Изображение предмета размыто.

Сферическая аберрация

Кома Коматическая аберрация - это частный случай сферической аберрации для боковых лучей. Лучи, приходящие под углом к оптической оси не собираются в одной точке, а дают изображение в виде «летящей кометы»

Астигматизм Астигматизм — это аберрация, при которой изображение точки, находящейся вне оси, и образуемое узким пучком лучей, представляет собой два отрезка прямой, расположенные перпендикулярно друг другу на разных расстояниях от плоскости безаберрационного фокуса. Астигматизм возникает вследствие того, что лучи наклонного пучка имеют различные точки сходимости — точки меридионального (тангенциального) или сагиттального фокусов бесконечно тонкого наклонного пучка. Меридиональная плоскость – любая, содержащая главную оптическую ось. Сагиттальная – плоскость, перпендикулярная меридиональной

Астигматизм

Дисторсия

Хроматическая аберрация

Хроматизм положения и увеличения

Понятие об идеальной центрированной оптической системе 1/3 Центрированными называют системы линз, центры которых лежат на одной оптической оси. Оптическая система идеальна, если каждой точке или линии предмета соответствует точка или линия изображения. Соответствующие пары точек и линий называются сопряженными. Понятия фокуса и фокальной плоскости аналогичны соответствующим понятиям для линзы. Две сопряженные плоскости, перпендикулярные оптической оси, линейное увеличение для которых равно единице, называются главными. Точки пересечения главных плоскостей с оптической осью также главные.

Понятие об идеальной центрированной оптической системе 2/3 Расстояния между фокусами и соответствующими главными точками называются фокусными расстояниями. Главные точки и фокусы называют кардинальными точками, а соответствующие плоскости – кардинальными плоскостями. Узловые точки – это такие сопряженные точки, что луч, проходящий через переднюю узловую точку и образующий с осью угол α, после преломления проходит через заднюю узловую точку и образует с осью тот же угол α. Если значения показателей преломления сред по обе стороны оптической системы одинаковы, то узловые точки совпадают с главными.  Таким образом, оптическая система характеризуется шестью кардинальными точками и шестью кардинальными плоскостями.