Какие существуют способы устранения оптических погрешностей

Погрешности оптических систем и способы их устранения.

Аберрациями называются искажения изображений. Причины искажений: Лучи непараксиальны; Показатель преломления зависит от длины волны; Свет немонохроматичен.

Виды аберраций:

1) Сферическая

Проявляется в несовпадении фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси, вследствие чего нарушается гомоцентричность пучков лучей от точечного источника, хотя симметрия этих пучков сохраняется. Это единственный вид геометрической аберрации, которая имеет место даже тогда, когда исходная точка расположена на главной оптической оси системы. Изображение точки имеет дисковую форму с неоднородной освещѐнностью. Причиной является тот факт, что преломляющие поверхности линз пересекаются с лучами широкого пучка под различными углами, из-за чего удалѐнные лучи преломляются сильнее и образуют свои точки схода на некотором отдалении от фокальной плоскости.

Меры устранения:

· Диафрагмирование (при этом уменьшается светосила);

· Комбинация собирающих и рассеивающих линз.

2) Кома – если светящаяся точка находится не на главной оси, то изображение этой точки – в виде пятна, напоминающего кометный хвост.

3) Дисторсия– погрешность, возникающая при больших углах падения, вызванная неодинаковым увеличением точек, находящихся на разных расстояниях от главной оптической оси.

Устраняется подбором частей оптической системы.

4) Хроматическая аберрация– вызывается явлением дисперсии света. Изображение размыто и окрашено по краям. Хроматическую аберрацию исправляют, комбинируя линзы из различных стекол. Оптические системы, исправленные на сферическую и хроматическую аберрации, называются апланатами.

5) Астигматизм – погрешность, обусловленная неодинаковой кривизной оптической поверхности в разных плоскостях сечения падающего светового пучка. В итоге светящийся круг расплывается в виде эллипса, вырождающегося в линию. Изображение точечного объекта в косых лучах имеет вид двух взаимноперпендикулярных смещѐнных относительно друг друга (косых лучей) прямолинейных отрезков.

Оптические системы, исправленные на сферическую, хроматическую аберрации и астигматизм, называются анастигматами.

51. Распространение света в изотропных диэлектриках. Фазовая и групповая скорости волн.

Изотропия — одинаковость физических свойств во всех направлениях. Диэлектрик — вещество, не проводящее электричества.

В однородной изотропной среде свет распространяется прямолинейно, в любом направлении с одинаковой скоростью. При этом форма волнового фронта не изменяется – плоская волна остается плоской, сферическая волна – сферической и т.п.

Векторы напряжѐнностей электрического и магнитного поля волны образуют правую тройку векторов с вектором Умова-Пойнтинга, модуль которого характеризует плотность энергии волны.

На границе раздела двух однородных изотропных сред происходит отражение и преломление световых пучков, направление распространения волн изменяется в соответствии с законами отражения и преломления. Для плоской волны, наклонно падающей в точке О на границу раздела сред, можно доказать, что: частота излучения при отражении и преломлении на границе раздела сред не изменяется; свет отражается под таким же углом, под каким он падает на границу раздела, закон отражения света; выполняется закон преломления света (закон Снеллиуса).

При этом падающий, отражѐнный и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к границе раздела сред в точке падения О.

Однородная изотропная среда характеризуется диэлектрической проницаемостью E и магнитной проницаемостью M.

Рассмотрим распространение ЭМВ в однородных изотропных диэлектриках, где диэлектрическая проницаемость не зависит от координат. Будем считать, что она не зависит и от времени. В этом случае в уравнениях Максвелла необходимо сделать замену (e называют относительной диэлектрической проницаемостью). Тогда для фазовой скорости:

где – коэффициент преломления диэлектрика.

Длина волны при этом равна: Волновое число равно: Связь объемной плотности энергии w и плотности потока энергии:

Фазовая скорость— скорость, с которой распространяется поверхность одинаковых фаз. В отсутствие дисперсии фазовая скорость волн не зависит от частоты. Поэтому, если есть набор волн разных частот, все они будут двигаться с одной и той же скоростью.

Основная формула, определяющая фазовую скорость (монохроматической) волны в одномерном пространстве или фазовую скорость вдоль волнового вектора для волны в пространстве большей размерности:

Для волн, которые имеют дисперсию, кроме фазовой, необходимо ввести понятие групповой скорости. Групповая скорость характеризует распространение волн сложного несинусоидального характера в среде, где фазовая скорость волн зависит от их частоты. Групповая скоростьволн — это скорость движения группы волн.

Групповая скорость определяется динамикой физической системы, в которой распространяется волна.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Погрешности оптических систем

РЕАЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Погрешности оптических систем называют аберрациями. Они возникают в результате использования широких световых пучков (для получения больших освещенностей предметов), а также при получении изображений предметов, значительно удаленных от главной оптической оси прибора (при фотографировании). Если аберрации нет, то каждой точке изображения однозначно соответствует точка предмета. Это достигается только в том случае, когда изображение образуется узкими световыми пучками, падающими на оптическую систему под малыми углами к ее главной оптической оси. В реальных оптических системах эти условия, как правило, не выполняются. Так, сферические линзы только приближенно удовлетворяют этим требованиям. В результате изображение получается недостаточно резким, мелкие детали становятся неразличимыми. Для уменьшения аберрации применяют система линз.

Различают сферическую и хроматическую аберрации. Сферическая аберрация возникает в результате того, что периферия линзы преломляет лучи света сильнее, чем центральная ее Часть. Так, линза большого диаметра дает изображение точечного источника не в виде точки, а в виде расплывчатого светлого пятна. Это явление обусловлено использованием широких пучков световых лучей (рис. 48.1). Получаемые с их помощью изображения являются нерез­кими, расплывчатыми. Для повышения

Рис. 48.4 Рис. 48.5

резкости изображения оптическую систему снабжают узким отверстием (диафрагмой), через которое пропускают пучок света. Сферическую аберрацию можно также скомпенсировать путем комбинации собирающей и рассеивающей линз (рис. 48.2), подобранных соответствующим образом.

Хроматическая аберрация обусловлена зависимостью показателя преломления оптических стекол от длины волны падающего на них света. Линзы из таких стекол преломляют синий свет сильнее, чем красный (рис. 48.3). В результате края изображения, полученного с помощью белого света, приобретают цветную кайму. Для ослабления Хроматической аберрации применяют систему из выпуклой линзы из кронгласа и вогнутой линзы из флинтгласа (так называемая ахроматическая пара линз). Полная компенсация хроматической аберрации возможна лишь для двух значений длин волн. К другим аберрациям относятся дисторсия, астигматизм и кома. Дисторсия представляет собой погрешность оптической системы, в результате которой изображение прямоугольной сетки приобретает подушкообразную или бочкообразную форму (рис. 48.4). Прямые линии искривляются наружу или внутрь, особенно у края изображения. Астигматизм проявляется в тех случаях, когда используют световые пучки (даже узкие), составляющие значительный (немалый) угол с главной оптической осью системы. Астигматизм линзы, например, приводит к тому, что изображение точки, лежащей на ее побочной оптической оси, представляет собой две взаимно перпендикулярные линии, лежащие в разных плоскостях (рис. 48.5).

Кома представляет собой погрешность оптической системы, возникающую при Прохождении через нее широких пучков света от точки предмета, находящейся на побочной оптической оси. Изображение этой точки имеет вид вытянутого и неравномерно освещенного пятна в форме кометы (рис. 48.6).

Для коррекции дисторсии, астигматизма и комы применяют сложные оптические системы, оптические элементы которых подобраны так, чтобы они взаимно компенсировали погрешности, обусловленные каждой из них

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Погрешность — оптическая система

Погрешности оптических систем называют аберрациями. Ниже мы рассмотрим главнейшие аберрации и способы их устранения. [1]

Указанная погрешность учитывает только ошибку фотоэлектрического прибора и не учитывает дополнительных погрешностей, обусловленных погрешностями оптической системы . [2]

Итак, при использовании широких световых пучков мы не получаем точечного изображения даже в том случае, когда источник расположен на главной оси. Эта погрешность оптических систем называется сферической аберрацией. [4]

Итак, при использовании широких световых пучков мы не получаем точечного изображения даже в той случае, тгогда источник расположен на главной оси. Эта погрешность оптических систем называется сферической аберрацией. [6]

Итак, при использовании широких световых пучков мы не получаем точечного изображения даже в том случае, когда источник расположен на главной оси. Эта погрешность оптических систем называется сферической аберрацией. [8]

Итак, при использовании широких световых пучков мы не получаем точечного изображения даже в том случае, когда источник расположен на главной оси. Эта погрешность оптических систем называется сферической аберрацией. [10]

Как мы видели в предыдущем разделе, можно рассматривать голограмму как полученную в переднем оптическом пространстве с таким фоном, который соответствует этому пространству. Необходимо лишь учесть погрешности оптической системы , связанные с геометрическими факторами и ограничением пучка лучей, но не нужно учитывать искажение фазы р фона. Поскольку освещающий пучок в переднем оптическом пространстве существенно параллелен, при восстановлении мы можем освещать голограмму плоской волной. Но мы, конечно, должны скорректировать астигматизм первого порядка, сферическую аберрацию и кому. Можно отметить, что вследствие зеркальной симметрии сопряженных точек в переднем оптическом пространстве мы можем использовать корректирующую систему с погрешностями того же знака, что и у начальных погрешностей, или же другого знака в зависимости от того, какую из сопряженных точек желательно скорректировать. [11]

Полное устранение всех вышеперечисленных недостатков оптического изображения в реальных системах невозможно. Однако тщательное изучение погрешностей оптических систем позволяет найти пути для уменьшения их влияния, и в современных оптических приборах эти погрешности настолько уменьшены, что незначительно сказываются на качестве изображения. [12]

Полное устранение всех вышеперечисленных недостатков оптического изображения в реальных системах невозможно. Однако тщательное изучение погрешностей оптических систем позволяет найти пути для уменьшения их влияния, и в современных оптических приборах эти погрешности настолько уменьшены, что практически незначительно сказываются на качестве изображения. [13]

Полное устранение всех вышеперечисленных недостатков оптического изображения в реальных системах невозможно. Однако тщательное изучение погрешностей оптических систем позволяет найти пути для уменьшения их влияния, и в современных оптических приборах эти погрешности настолько уменьшены, что незначительно сказываются на качестве изображения. [14]

Полное устранение всех вышеперечисленных недостатков оптического изображения в реальных системах невозможно. Однако тщательное изучение погрешностей оптических систем позволяет найти пути для уменьшения их влияния, и в современных оптических приборах эти погрешности настолько уменьшены, что практически незначительно сказываются на качестве изображения. [15]

Источник