Оптикалық жүйелер

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министрлігі
Е.А.Бөкетов атындағы Қарағанды университеті

РЕФЕРАТ
Тақырыбы: Оптикалық жүйелер. Оптикалық жүйелердің кемістіктері.

Орындаған: Жалал Маржан ТФП-214
Қабылдаған: Тунгушбекова М. К

Қарағанды 2021

Жоспары:
I. Кіріспе
II. Негізгі бөлім
III. Оптикалық жүйелер.
IV. Негізгі оптикалық элементтер
V. Әрекет принципі
VI. Оптикалық жүйелердің кемістіктері.
VII. Қорытынды
VIII. Әдебиеттер тізімі

КІРІСПЕ

Табиғатта әр түрлі жарық құбылыстары болып жатады. Мысалы, кемпірқосақ, таң шапағы, сабын көпіршігіне күн сәулесі түскенде байқалатын құлпырған қызыл-жасылды жолақтар, бетіне мұнай тамған көпіршік судың көгілдір-күлгін түсі - осылардың бәрі жарық құбылыстары.
Оптика (гр. optіke - көзбен қабылдау жөніндегі ғылым, optas - көрінетін) - физиканың сәуле (жарық) шығару табиғатын, жарықтың таралуын және оның затпен әсерлесу құбылыстарын зерттейтін бөлімі.Оптикада жарық сәулелерінің табиғаты мен қасиеттері және олардың затқа өтетін әсерлері қарастырылады. Оптикада құбылыстардың негізгі заңдары ерте заманнан-ақ белгілі. Мысалы, жарықтың түзу сызық бойымен таралуы немесе оның шағылуы, сыну заңдарын (б.з.д. 430ж) мен Птоломейге (70-147ж) белгілі болған. Сөйтіп, жарықтың түзу сызықпен таралуы, сол сияқты оның шағылу немесе сыну заңдары оптиканың негізгі заңдары болып есептеледі. Осы заңдылықтарды немесе оптиканың көптеген құбылыстарын жете түсіну үшін жарықтың табиғаты туралы белгілі бір пікірлер болуы тиіс. Осындай пікірлерді кезінде ерте замандағы ғалымдар да айтқан болатын. Бертін келе ғылымның дамуына сәйкес жарықтың табиғаты туралы ой-пікірлер де дамып өзгеріп отырды.ХҮІІ ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты туралы екі ғылыми түсінік болды. Олардың біреуі - жарықтың толқындық теориясы да, екіншісі - жарықтың корпускулалық теориясы.
Жарық.Жарық электро-магниттік толқын болғандықтан, Оптика электро-магниттік өріс жөніндегі жалпы ілімнің (электрдинамиканың) бір бөлігі болып табылады. Жарық жылдамдығының анықталған алғашқы тәжірбиелер:
* 1676 ж. Ремер (астромоникалық ғалым)
* 1849 ж. Физо (Жердің бетінде алғашқы өлшеу)
* 1892 ж. Фуко (жарық жылдамдығының басқа орталарда анықталуы, ауада емес)
Жарықтың вакуумдағы жылдамдығы с=3* мс
Оптикалық сәулелер толқын ұзындығы (λ) бойынша 1 нм-ден 1 мм-ге, бір жағынан рентген, ал екінші жағынан радиосәуленің микротолқындық диапазонына дейінгі аралықты қамтиды. Оптика қалыптасқан дәстүр бойынша геометриялық, физикалық және физиологиялық Оптика болып бөлінеді.
Геометриялық Оптика - жарықтың табиғатына назар аудармай, тек оның таралуының тәжірибелік заңдарына сүйеніп, өзара тәуелсіз жарық сәулелерінің біртекті ортада түзу сызықтар бойымен таралуын, әртекті орталар шекарасындағы шағылу және сыну заңдылықтарын зерттейді. Бұл заңдылықтар әр түрлі оптикалық құрылымдарды жобалауға, есептеуге (көзілдірік, микроскоп, телескоп, т.б.) мүмкіндік береді. Сонымен қатар ол жарық әртекті орта арқылы өткенде байқалатын құбылыстарды (сағым, кемпірқосақ, т.б.) зерттейді. Есептеу математикасының кеңінен қолданылуы, әдістемелерінің дамып жетілуі есептеу Оптикасы деген жаңа бағыттың дамуына алып келді. Жарық шамаларын өлшейтін Оптиканың фотометрия бөлімі де іс жүзінде жарықтың табиғатын ескермейді. Оның бірқатар мәселелері адам көзінің жарықты сезу, қабылдау қабілетіне байланысты шешіледі. Бұл заңдылықтар биофизика мен психологияға және көздің көру механизмдеріне сүйенетін физиол. Оптикада зерттеледі.

Оптикалық жүйе (ағылш. оптикалық жүйе (optical system) -- жарық сәулелерін (геометриялық оптикада), радиотолқындарды (радиооптикада), зарядталған бөлшектерді (электронды және иондық оптикада) түрлендіру үшін құрылған оптикалық элементтердің (сыну, шағылысу, дифракциялық және т.б.) жиынтығы.Оптикалық схема-оптикалық жүйеде жарықтың өзгеру процесінің графикалық көрінісі.Оптикалық аспап (ағылш. optical instrument) - белгілі бір тапсырманы орындау үшін конструктивті түрде ресімделген, кем дегенде базалық оптикалық элементтердің бірінен тұратын оптикалық жүйе. Оптикалық құрылғының құрамына жарық көздері мен радиациялық қабылдағыштар кіруі мүмкін. Басқа тұжырымдамада құрылғы оптикалық деп аталады, егер оның кем дегенде бір негізгі функциясы оптикалық жүйемен орындалса.Оптикалық құрылғыларда жарықпен әрекеттесетін барлық бөліктер оптикалық емес, оны өзгерту үшін арнайы жасалған. Оптикалық құрылғылардағы мұндай неоптикалық бөлшектер линзалардың жақтаулары, корпус және т. б.Кездейсоқ шашыраңқы оптикалық бөліктердің жиынтығы оптикалық жүйені құрмайды.Әдетте оптикалық жүйелер электромагниттік сәулеленуді көрінетін немесе жақын диапазондарда (ультракүлгін, инфрақызыл) түрлендіретін жүйелерді білдіреді. Мұндай жүйелерде жарық сәулелерінің түрленуі жарықтың сынуы мен шағылысуына, оның дифракциясына (кедергі құбылысының ерекше жағдайы (толқын фронттарының ұзындығын шектеу қажет болған жағдайда), жарық қарқындылығының сіңуі мен күшеюіне (кванттық күшейткіштерді қолданған жағдайда) байланысты болады.Оптикалық жүйелердің түрлері мен түрлері өте алуан түрлі, бірақ әдетте жарық сәулелерін жарық көздерінен түрлендіретін оптикалық кескін мен жарықтандыру жүйелерін құрайтын бейнелеу оптикалық жүйелері ерекшеленеді.
Негізгі оптикалық элементтер
Оптикалық бөлшектер деп те аталады. Тарихи тұрғыдан мұндай элементтер:
* линзалар;
* призмалар;
* айналар;
* жарық сүзгілері.
XIX ғасырда бұл тетрад поляризаторлармен және дифракциялық элементтермен толықтырылды (дифракциялық тор, Мишельсон эшелоны).
ХХ ғасырда пайда болды:
* талшықты оптика элементтері (икемді жарық өткізгіштер);
* интерференциялық элементтер (мысалы, тар жолақты жарық сүзгілері және интерференциялық айналар);
* голографиялық техника элементтері (мысалы-қалың қабатты фотопластинкалар);
* сызықты емес оптика элементтері, (мысалы, Жарық жиілігін түрлендіру үшін қолданылатын кристалдар).
Әрекет принципі
Оптикалық жүйе сәулелену өрісін оптикалық жүйеге ("заттар кеңістігінде") оптикалық жүйеден кейінгі өріске ("суреттер кеңістігінде") кеңістіктік түрлендіруге арналған. "Кеңістіктердің" мұндай бөлінуі өте шартты, өйткені кейбір жағдайларда (мысалы, айналарды пайдалану кезінде) "кеңістік" өрісінің құрылымын өзгерту тұрғысынан әр түрлі болуы үш өлшемді физикалық кеңістікте сәйкес келуі мүмкін.Өрісті объектілер кеңістігінен кескін кеңістігіне түрлендіру, әдетте, объектілер кеңістігіндегі өріс құрылымын анықтайтын тиісті түрде жүзеге асырылатын радиациялық кедергі құбылысын қолдану арқылы жүзеге асырылады.Мұндай ұйымға белгілі бір нысаны бар оптикалық элементтерді қолдану арқылы қол жеткізіледі, олардың әрекеті радиацияның сыну, шағылысу және шашырау құбылысында көрінеді. Барлық осы құбылыстардың физикалық себебі кедергі болып табылады.
Көптеген жағдайларда оптикалық элементтің әрекетін түсіндіру үшін кедергілердің рөлін ашпай-ақ, осы құбылыстардың мәні туралы түсініктерді қолдану жеткілікті, бұл "жарық сәулесі" және радиациялық толқын ұзындығының шексіздігі туралы постулат туралы интуитивті түсінікке негізделген оның формаланған геометриялық моделімен сәулелену өрісін сипаттауға мүмкіндік береді.және геометриялық оптика заңдары қолданылатын барлық кеңістікті толтыратын ортаның оптикалық біртектілігі.
Бірақ сәулеленудің толқындық қасиеттерін ескеру және оптикалық элемент өлшемдерінің радиациялық толқын ұзындығымен салыстырылуын ескеру қажет болған жағдайда, геометриялық оптика қателіктер бере бастайды, бұл дифракция деп аталады, іс жүзінде ол тәуелсіз құбылыс емес, тек сол кедергі.
Параксиалды жуықтау
Дифракцияның әсерін елемеу мүмкін болса да, геометриялық оптика келесі оптикалық элементтің жұмыс бетіне оське қатысты кішкене бұрыштарда және осінен төмен қашықтықта түсетіндер үшін кескін кеңістігіндегі сәулелердің барысын қанағаттанарлық дәлдікпен болжауға мүмкіндік береді.параксиалды сәулелер.Әйтпесе, аберрация деп аталатын сәуленің айтарлықтай ауытқулары байқалады. Олардың рөлін оптикалық жүйенің күрделенуі (компоненттерді қосу), сфералық беттерді пайдаланудан бас тарту және оларды бетіне ауыстыру арқылы азайтуға болады.Жоғары ретті теңдеулермен сипатталған қисықтармен қалыптасады, бұл оларды өндіру технологиясының едәуір күрделенуіне байланысты, сонымен қатар оптикалық ортаның номенклатурасын кең спектрлік диапазонда мөлдір орта құру бағытында кеңейту және сыну көрсеткішінің жоғары мәндері бар[2]. Бұл бағытта оптикалық-механикалық өнеркәсіптің арнайы саласы жұмыс істейді, ол тарихи түрде оптикалық әйнек өндірумен, содан кейін аморфты да, кристалды да басқа оптикалық орталармен байланысты. Мұнда Шотт және Аббе сияқты мамандар өздерін көрсетті, ал Ресейде-Гребенщиков, Лебедев және т. б.Кейбір аберрациялар (мысалы, хроматикалық) параксиалды байламдарда да көрінеді.
Шағылысу есебінен сәулеленудің жоғалуы
Линза линзаларындағы шағылысуларға байланысты жарқырау
Әр түрлі сыну көрсеткіштері бар екі оптикалық ортаның шекарасы әрдайым сәулеленудің кез-келген бөлігін көрсетеді. Сонымен, ауадағы сыну көрсеткіші 1,5 болатын әйнектің беті жарықтың шамамен 4% көрсетеді. Бұл шығындарды азайту үшін жұмыс беттеріне қолданылатын мөлдір материалдардың жұқа қабаттарында интерференциялық әсерлердің пайда болуына негізделген оптика ағартылуы қолданылады. Мәселен, мысалы, 6 шыны ауасы бар Триплет немесе Тессар сияқты қарапайым линзалар үшін шағылысудың жоғалуы ағартуды пайдаланбай шамамен 20% құрайды. Осындай шығындармен сіз әлі де шыдай аласыз, бірақ шағылысқан жарық басқа беттерден қайта шағылысып, кескінге түсіп, оны бұрмалайды. Мұндай жарқырау, ағартушылыққа қарамастан, жарыққа қарсы түсірілген фотосуреттерде айқын көрінеді.
Радиациялық сіңіру
Радиациялық өрістің кеңістіктік түрленуінен басқа, кез-келген оптикалық элемент оптикалық элемент жасалған материалмен сәулеленуді сіңіруден туындаған шығындарға байланысты оның қарқындылығын әрдайым әлсіретеді. Радиациялық толқын ұзындығында минималды сіңіру жылдамдығы бар оптикалық материалдарды пайдалану талшықты оптикада өте маңызды, оны пайдалану талшықты байланыс желілерін құруға негізделген.Айналы және айналы-линзалы оптикалық жүйелерде сәулеленудің бір бөлігі металл айналарға сіңеді.
Кейбір жағдайларда сәулелену қарқындылығының әлсіреуі пайдалы (мысалы, көзілдірікте), әсіресе сәулеленудің түрлі-түсті сүзгілермен селективті жұтылуы жағдайында.Қазіргі уақытта сыртқы энергия көзін пайдалану арқылы жарықтың күшеюі мүмкін болды.

Оптикалық жүйелердің кемшіліктері
Жұқа линзада кішкентай заттың суретін салу кезінде біз параксиалды жарық сәулесін қолдандық. Сонымен қатар, параксиалды сәуленің сәулелері негізгі оптикалық осі бар кішкентай бұрыштарды құрады. Әрі қарай, оқиға жарығы монохроматикалық болып саналды, ал линза материалының сыну көрсеткіші оқиға сәулесінің толқын ұзындығына тәуелсіз болды. Іс жүзінде барлық осы жағдайлар сақталмайды және оптикалық жүйелердің тиісті кемшіліктері бар. Олардың кейбіреулеріне қысқаша тоқталайық.
Сфералық аберрация. Жұқа линза жағдайында линзадағы сынудан кейін S нүктесінен шығатын параксиалды сәуле оптикалық осьті бір нүктеде кесіп өтеді. Егер S көзінен шығатын жарық сәулесі негізгі оптикалық осі бар үлкен бұрыш болса, онда әртүрлі бұрыштарды құрайтын сәулелер оптикалық осьті бір нүктеде емес, әртүрлі нүктелерде, S1, S2 нүктелерінде қиып өтеді.

Рисунок 1.12 - Сферическая аберрация
Линзаның ортасынан неғұрлым алыс сәулелер қатты сынады және негізгі оптикалық осьті линзаның ортасынан салыстырмалы түрде жақын ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.