ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Разрешающая сила оптических инструментов из "Волновая оптика " 6 была подробно исследована возможность раздельного наблюдения двух спектральных линий, близких по длине волны. Был с )ормулирован также критерий разрешения Рэлея и введено понятие разрешающей силы (/7( -) — хроматическая разрешающая сила]-, последнюю можно оценить как теоретически, так и экспериментально. Если исследователя интересует не спектральное разложение, а степень четкости изображения, образованного какой-либо оптической системой, и возможность раздельного наблюдения на н м близких частей объекта, то нужно ввести аналогичную функцию - разреишющую силу оптического инструмента. [c.328] Изложение намеченного круга вогтросов начнем с краткого анализа аберраций оптических систем и способов их устранения. Затем исследуем разрешающую силу телескопа и микроскопа. Рассмотрение этих двух очень важных частных задач позволит ознакомиться с основами дифракционной теории оптических инструментов и современными способами повышения разрешающей силы оптических приборов. [c.328] Если в силу каких-либо причин волновая поверхность обладает различной кривизной в разных сечениях, то тогда и возникнет астигматизм. Известно, что два сечения, обладающие минимальной и максимальной кривизной, взаимно перпендикулярны. Это и объясняет появление фокальных линий аа и ЬЬ на рис. 6.59, заменивщих стигматический фокус. Для того чтобы астигматизм не возникал, нужно, чтобы при всех преобразованиях пучок света оставался гомоцентрическим. Этого добиться трудно, так как при любом преломлении (даже на идеально плоской границе) гомоцентричность пучка нарушается. Возникнет астигматизм наклонных пучков. Следовательно, неизбежен астигматизм и при использовании призмы, на преломляющую поверхность которой свет всегда падает наклонно. [c.329] Условие синусов необходимо при рассмотрении разрешающей силы микроскопа, оптика которого всегда рассчитывается с учетом роли внеосевых пучков. [c.330] Следующая основная погрешность оптических систем — хроматическая аберрация, природа которой непосредственно связана с зависимостью показателя преломления оптических материалов (стекло, кварц) от длины волны, т. е. с дисперсией вещества. Вследствие дисперсии фокусное расстояние зависит от длины волны, что и приводит к невозможности получить точечный фокус для немонохроматического излучения. [c.331] Здесь индексы F, D н С указывают линии поглощения в непрерывном спектре Солнца (фраунгоферовы линии с длинами волн 4861, 5893 и 6563А соответственно). На рис 6.61 приведена зависимость п(Х), а также значения пр. пд и пс для двух сортов стекла (флинт и крон). [c.331] При переходе от одного сорта стекла к другому Д изменяется в пределах 1/60- 1/30, что и позволяет ахроматизировать линзу, т. е. свести к минимуму хроматическую аберрацию в некоторой спектральной области. [c.331] Для этого изготовляют ахромат (рис. 6.62), например объектив, состоящий из фокусирующей линзы (крон) и рассеивающей (флинт). [c.331] Если для каких-либо двух волн известна разность показателей преломления 8л, то легко оценить и разность фокусных расстояний 8/. [c.331] Это соотношение свидетельствует о совпадении фокусных расстояний для красных и синих лучей (6563 и 4861 А). Для центральной области спектра (зеленые лучи ). 5500А) фокусное расстояние отклоняется от указанного значения. Используя более сложную систему, можно добиться совпадения трех фокусных расстояний, т. е. еще более высокой ахроматизации. [c.332] Труднее изготовить ахроматические объективы для ультрафиолетовой области спектра, где оптическое стекло непрозрачно. Здесь используют аналогичные системы линз из кварца и флюорита, которые, однако, очень дороги, так как большие кристаллы флюорита редко встречаются в природе (правда, в последние годы их научились выращивать искусственно). Удовлетворительных результатов удается достичь с помощью полых кварцевых линз, заполненных дистиллированной водой. Такие ахроматы начали применять в последнее время, но качество получаемого изображения часто оказывается недостаточно хорошим. [c.332] Заканчивая это краткое рассмотрение всевозможных аберраций, мы лишь упомянем о дисторсии — погрешности оптической системы, при которой увеличение неодинаково по всему полю зрения. Такое нарушение масштабов часто наблюдается в телевизионных системах и иллюстрирует этот вид аберраций. [c.332] Рассмотрим разрешающую силу телескопа — прибора, предназначенного для изучения удаленных небесных светил. Эту задачу можно решить вполне корректно, так как с достаточно хорошим приближением мы вправе считать, что на объектив телескопа падает плоская волна. Следовательно, применимы формулы, описывающие дифракцию плоской волны на круглом отверстии, которым в данном случае служит оправа объектива . [c.333] При f/D i= 30 в видимой области (л = 5 10 см) ri 0,02 мм. Это вполне заметное дифракционное размытие, которое отчетливо наблюдается как на фотографии, так и при визуальном исследовании изображения звезды через окуляр. [c.333] Мы полагаем, что читателю известен из школьного курса ход лучей в телескопе. [c.333] За последние десятилетия были проведены опыты по установке на спутниках относительно небольших (диаметром несколько десяткон сантиметров) телескопов. Оказалось, что в этих оптимальных условиях (инерциальное движение, практическое отсутствие атмосферы) удается добиться разрешения, которое обеспечивают гигантские земные телескопы. [c.334] Отношение этих потоков соответствует отношению яркостей изображений на сетчатке глаза, т.е. Д 1)/ДФ = (D/d) , где D = = 10 см и i s 0,3. Вместе с тем объективно яркость неба (фон) при наблюдении в телескоп или невооруженным глазом одинакова. [c.335] Критерий Рэлея имеет условный характер. При хорошей воспроизводимости измерений и малых флуктуациях можно зарегистрировать провал в суммарной дифракционной картине глубиной, значительно меньшей величины, соответствующей этому критерию. Весь вопрос сводится к тому, какой объем информации несут в себе такие измерения. При изменении условий опыта можно значительно превзойти указанный предел. [c.335] Вернуться к основной статье