Просветление оптики

Волновая природа света

Длина волны (l) – это расстояние между ближайшими точками, имеющими одинаковую фазу колебания.

Частота (n) – количество циклов, совершенных за единицу времени. Единица частоты называется Герцем. (Гц)

Период колебания (Т) – минимальный промежуток времени, через который движение тела полностью повторяется.

Амплитуда (Е) – максимальное значение смещения или изменения переменной величины при колебательном или волновом движении. Для электромагнитных волн соответствует величине электрического и магнитного полей.

Скорость распространения (u) – расстояние, проходимое волной за единицу времени (зависит от среды распространения).

u = n ∙ l

2. Что такое интерференция и где она используется? Интерференционные светофильтры? В чём их достоинства и недостатки?

Интерференция света – явление взаимного усиления и ослабления света при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые направление и частоту колебаний n.

Интерференция света, сложение световых волн, при котором обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос вследствие нарушения принципа сложения интенсивностей.

↓

Некоторые явления И. с. наблюдались ещё И. Ньютоном, но не могли быть объяснены с точки зрения его корпускулярной теории. Правильное объяснение И. с. как типично волнового явления было дано в начале 19 в. Т. Юнгом и О. Френелем. И. с. возникает только в случае, если разность фаз постоянна во времени, т. е. волны когерентны.

Не может быть преломления света без отражения → при прохождение света через линзы объектива происходит паразитная засветка внутри объектива, ненужное отражение → чем больше линз больше теряется качество изображения 4-8%, значит можно было бы использовать линзы с меньшим коэффициентом преломления, но более пухлые, а это создаёт вероятность искажения изображения…

ß

Просветление оптики – нанесение для увеличения светопропускания (прозрачности) объектива на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки, преломляющая способность которой меньше преломляющей способности стекла линз:

- толщина этой пленки l/4

- один слой может убрать только одну длину волны → многослойное просветление, в котором наносят

Просветление оптики, уменьшение отражения коэффициентов поверхностей оптических деталей путём нанесения на них одной или нескольких непоглощающих плёнок. Без таких (просветляющих) плёнок потери на отражение света могут быть значительными; так в видимой области спектра (длина волны l = 400-700 нм) даже при нормальном падении лучей на границе воздух - оптическая среда они могут составлять до 10% от интенсивности падающего излучения. В системах с большим числом поверхностей, например в сложных объективах, потери света могут достигать 70% и более. Многократное отражение от преломляющих поверхностей вызывает появление внутри приборов рассеянного света, что ухудшает качество изображений, формируемых оптическими системами приборов. Эти нежелательные явления устраняются с помощью просветления оптики.

Интерференционные светофильтры (один из них схематически изображен на рис. 1) состоят из двух полупрозрачных зеркал (например, слоев серебра) и помещенного между ними слоя диэлектрика оптической толщиной /2, , 3/2 ( — длина волны в максимуме пропускания). В проходящем свете интерферируют лучи, непосредственно прошедшие через Светофильтр и отражённые 2, 4, 6 и более раз от полупрозрачных слоев; в отражённом свете интерферируют лучи, отражённые 1, 3, 5 и более раз. В результате в проходящем свете остаются лучи с длиной волны, равной удвоенной толщине слоя диэлектрика, а в отражённом эти лучи отсутствуют. Кривые пропускания таких светофильтров показаны на рис. 2.

Преимущества И.С.:

- Интерференционные Светофильтр выделяют узкие области спектра (до 15—20 А)

- не уменьшают количество света, или потери света гораздо меньше, у абсорбционных светофильтров.

Недостатки:

- наличие значительного фона вне полос пропускания

- зависимость положения этих полос от угла падения лучей света → нельзя применять для широкоугольной оптики, т.к. под разными углами получаются разные цвета Þ делают изогнутые для того чтобы свет под разными углами падал перпендикулярно поверхности.

Рис. 1. Схематическое изображение простейшего интерференционного светофильтра. Между двумя тонкими слоями серебра, служащими полупрозрачными зеркалами, расположен слой диэлектрика оптической толщиной /2 ( — длина волны в максимуме пропускания). Для защиты от повреждений и удобства обращения светофильтр заключён между двумя стеклянными пластинками.

Рис.2. Кривые пропускания интерференционных светофильтров с серебряными полупрозрачными зеркалами при различных значениях коэффициента отражения R серебряных слоев.  — коэффициент пропускания. Максимум пропускания — при длине волны ₀ = 5600 Å (560 нм).

Конверсионные светофильтры (это фильтры с просветлением – синие и желтые)

Конверсионные светофильтры актуальны в большей степени для пленочных камер, которым, чтобы гарантировать правильный спектральный состав достигающих пленки лучей, необходимы насадки на объектив. В цифровой съемке подобные фильтры менее актуальны благодаря возможности настроить баланс белого и обработать снимок программным способом, хотя в некоторых случаях фильтр тонкой коррекции не повредит и цифровому изображению.

Конверсионные светофильтры корректируют спектральный состав лучей проходящего через них света, что выражается в изменении цветовой температуры, измеряемой в градусах по Кельвину. Так, например, большая часть пленок предназначена для работы при дневном свете (5500° К), при этом средняя цветовая температура лампы накаливания составляет около 2700° К, а в пасмурную погоду цветовая температура может достигать 8000-9000° K. Проанализировав полученные сведения нетрудно понять, что «дневные» пленки сбалансированы под условный белый, уменьшение цветовой температуры стремится к желтому, а увеличение – к голубому цветам. Индексы A, B или C в названии светофильтра обозначают степень интенсивности его воздействия: А - самая слабая, В – средняя, С – наиболее сильная.

Светофильтры 81A, 81B, 81C применяются для незначительного уменьшения цветовой температуры – они устраняют голубой оттенок на фотографиях, добавляя теплые тона при съемке в тени или пасмурную погоду. Светофильтр 81А может быть использован при съемке на цветную пленку типа «В» (3200° K) с фотолампами (3400° K).

85А, 85B и 85C необходимы при фотосъемке на пленку, сбалансированную для искусственного освещения, при дневном свете. Светофильтр 85А уменьшает цветовую температуру с 5500° К до 3400° К, 85В уменьшает цветовую температуру с 5500° К до 3200° К, 85С уменьшает цветовую температуру с 5500оК до 3800оК. Результат применения светофильтра аналогичен съемке при дневном освещении на фотопленку, сбалансированную для 5500° К.

Интерференционно поляризационные cветофильтрs, в которых используется явление интерференции поляризованных лучей, могут выделять сверхузкие спектральные области (до долей ангстрема) при полном отсутствии фона. Однако такие Светофильтр применяют редко, главным образом в астрофизических исследованиях, т. к. они представляют собой сложные оптические системы, очень чувствительные к температуре и другим внешним влияниям.

Лазер («Усиление света с помощью вынужденного излучения») — устройство, использующее квантовомеханический эффект вынужденного (стимулированного) излучения для создания когерентного потока света. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей. (Когерентные волны - волны, характеризующиеся одинаковой частотой и постоянством разности фаз в заданной точке пространства.).

Излучение лазера монохроматично и когерентно, то есть имеет постоянную длину волны и предсказуемую фазу, а также хорошо определённую поляризацию. Обычные источники света, такие как лампа накаливания, излучают свет в разных направлениях с широким диапазоном длин волн. Большинство из них также некогерентны, то есть фаза излучаемой ими электромагнитной волны подвержена случайным флуктуациям. Излучение обычного источника не может, без применения специальных мер, дать устойчивую интерференционную картину. Кроме того, излучение нелазерных источников обычно не обладает фиксированной поляризацией.

Применение:

- концертное освещение

- можно рисовать фигуры

- бесконечный коридор прорисовывается лазером (дым, пар – в театральной постановке)

- использование в качестве светового фильтра

- добавление субтитров на киноэкран

- галография, печать на дисках

- фотолитогра́фия — метод получения рисунка на тонкой плёнке материала, широко используется в микроэлектронике

- нанесение тончайшей сетки на поляризационные светофильтры

3. Что такое дисперсия света?
Почему в фото-кино прожекторах используют линзы Френеля?

Дисперсия света – зависимость преломления света от длины волны и показателя преломления среды.

Дисперсия – причина хроматической аберрации.

Луч света, который попадает на границу двух сред, преломляется. Разница сред обуславливается разностью скорости распространения света в материалах. Чем больше плотность, тем больше преломляется свет (алмаз сверкает, больше чем стекло, т.к. его плотность больше)

↓

Коэффициент преломления зависит не только от материала, свойств среды, но и от длины волны: чем больше длина волны, тем коэффициент меньше.

Красные преломляются меньше, а синие больше.

Отсюда понятно, почему для радиоволн не действует линза, они такие длинные, что не преломляются.

Чем больше отражается, тем меньше света проходит.

Когда мы светим через линзу, то на проекции мы видим по краям светового пятна радугу.