Дифракция и оптических приборах

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА И РОЛЬ ДИФРАКЦИИ В ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ [c.328]

Разрешающая сила микроскопа. Явление дифракции на апертуре объектива ограничивает возможности микроскопа. Как и в других оптических приборах, для количественной характеристики способности микроскопа вводится понятие его разрешающей силы. [c.199]

На первый взгляд может создаться впечатление, что дифракция существенна лишь для достаточно длинных волн, а в оптическом диапазоне встречается чрезвычайно редко. Иногда говорят, что в оптической области надо искать дифракцию, а в области радиоволн надо искать способы избавиться от этого явления. Это, конечно, верно, но не следует забывать, что именно в оптической области применение теории дифракции необходимо для исследований предела возможностей всех оптических и спектральных приборов, а наличие естественных экранов, размеры которых того же порядка, что и длина волны света, характерно для оптических экспериментов на молекулярном уровне. [c.255]

Хотя принципиально фраунгоферова дифракция не отличается от рассмотренной выше дифракции Френеля, тем не менее подробное рассмотрение этого случая весьма существенно. Математический разбор многих важных примеров дифракции Фраунгофера не труден и позволяет до конца рассмотреть поставленную задачу. Практически же этот случай весьма важен, ибо он находит применение при рассмотрении многих вопросов, касающихся действия оптических приборов (дифракционной решетки, оптических инструментов и т. д.). [c.173]

Дифракционная картина, описываемая формулой (43.4), характеризуется монотонным уменьшением интенсивности при увеличении угла дифракции от нулевого значения, т. е. отсутствием осцилляций и линий нулевой интенсивности (окружности при круглом отверстии и прямых линий при квадратном), а также быстрым спаданием интенсивности в крыльях . Все эти качества очень полезны в оптических приборах, и иногда специально вводят на периферийных участках плоскости ЕЕ искусственное ослабление волны (так называемая аподизация). [c.187]

Применение лазеров для линейных измерений. Использование лазеров, особенно газовых лазеров видимого диапазона, чрезвычайно расширило область применения оптических методов измерения расстояний и углов. Пространственная погрешность лазерного света позволяет коллимировать пучки с расходимостью, вызванной только дифракцией. Благодаря этому приборы с применением лазера обеспечивают угловую точность около 1 мкрад при работе на расстояниях порядка сотен метров. [c.416]

Принято считать, что свет в прозрачной и однородной (изотропной) среде распространяется вдоль прямой линии, называемой лучом. Геометрическая оптика не рассматривает явления дифракции от края отверстия диафрагмы, при котором свет заходит в область геометрической тени. Однако в реальных оптических приборах нужно учитывать явление дифракции, так как оно сильно портит изображение, если свет проходит сквозь узкое отверстие, размеры которого соизмеримы с длиной волны света. [c.84]

Явление дифракции от краев диафрагм, ограничивающих световой пучок лучей, поступающих в прибор, вызывает понижение разрешающей способности. Наименьшее расстояние между двумя светящимися точками (или прямыми линиями), которые еще могут быть различимы, является мерой разрешающей силы оптического прибора. Для определения предела разрешения микроскопа применяются тест-объекты (диатомеи), для зрительных труб и фотообъективов — штриховые миры. [c.132]

Как уже было неоднократно сказано, дифракцию в приближении Кирхгофа можно себе представить таким образом, что каждая точка поля ио х) испускает цилиндрическую волну (рис. 23.7,6). Линза переводит расходящуюся волну в сходящуюся, так что на расстоянии 2 от линзы снова возникает светящаяся точка. Цилиндрические (в двумерной задаче) или сферические волны представляют собой геометрооптические объекты именно поэтому все построения при расчетах оптических приборов от плоскости предмета ио х) до плоскости изображения и2 х2) выполняются с помощью лучей. [c.255]

Известно, что приборы, построенные на принципах интерференции, дисперсии, дифракции и поляризации, широко применяются в самых разнообразных областях физического и технического экспе-. римента. Это обстоятельство нашло отражение в настояш,ей книге. Интерферометры различных типов применяются для весьма тонких метрологических измерений, для изучения оптических неоднородностей прозрачных объектов и воздушных потоков, для исследования температурных полей, для измерения микро- и макрорельефов поверхностей и т. д. [c.3]

Явления дифракции играют важнейшую роль в работе оптических инструментов. Изображение, получаемое в любом оптическом приборе, имеет дифракционное происхождение, так как пучки лучей, проходяш ие оптику прибора, ограничены ее конечными размерами. Дифракционная структура изображения определяет одну из важнейших характеристик оптического прибора — его теоретическую раз-решаюш ую способность. [c.263]

Явления дифракции света определяют одну из важнейших характеристик оптических приборов — теоретическую разрешающую способность. Совместное действие дифракционных и интерференционных явлений ярко раскрылось в голографическом методе записей волнового поля объекта. Этот новый метод, открытый в 1947 г. английским ученым Д. Габором и значительно развитый в 60-е годы советским ученым Ю. Денисюком, приобрел в последние десятилетия огромное теоретическое значение и разнообразные технические применения. [c.289]

Разрешающая способность оптических систем определяется тем минимальным угЛовым или линейным расстоянием, которое рассматриваемая система может разделить или, как говорят, разрешить. Минимальный теоретически разрешимый интервал в оптическом приборе определяется дифракционным кружком рассеяния. В этом случае оптика прибора считается безаберрационной. Реально разрешимый спектральный интервал всегда будет иметь большее значение, так как кроме дифракции в действующем отверстии будут играть роль уширяющие факторы даже для строго монохроматического излучения, связанные с аберрациями оптической системы, дефектами юстировки и др. Для рассмотрения вопроса о теоретической разрешающей способности системы введем понятие обобщенного критерия Рэлея. Как известно, разрешающая способность спектрального устройства равна [c.289]

При сплошном спектре изображение щели вытягивается в полосу, длина которой зависит от дисперсии прибора и интервала длин волн, излучаемых источником. Рассмотрим случай, когда входная щель имеет конечную ширину (рис. 248). Явление дифракции и дефекты оптики учитывать не будем. Допустим, что на призму падает параллельный пучок лучей, вышедший из центра щели Призма разлагает излучение в спектр и на оптической оси объектива камеры в точке собираются лучи длины волны 1 , прошедшие в призме в минимуме отклонения. Пучок лучей, выходящий из точки Л 2 на краю щели, падает на призму под другим углом и поэтому найдется другая волна длиной которая придет в точку А[. Аналогично из точки Лд входной щели в точку А[ придет волна длиной А,з. [c.384]

Задача о дифракции Фраунгофера на круглом отверстии имеет наибольший практический интерес, поскольку оправы и диафрагмы большинства оптических приборов круглой формы. [c.142]

При измерениях интенсивностей и ширин ИК-полос поглощения необходимо учитывать искажающее влияние спектрального прибора, связанное с конечной шириной щели. Дифракцией на диафрагмах оптических деталей, неточностями юстировки, аберрациями и др. Влияние прибора на форму полосы поглощения описывается интегральным уравнением [c.163]

УЛЬТРАМИКРОСК(ЗП—оптич. прибор для обнаружения мельчайших (коллоидных) частиц, размеры к-рых меньше предела разрешения (см. Разрешающая способность оптических приборов) обычных световых микроскопов. Возможность обнаружения таких частиц с помощью У. обусловлена дифракцией света на них. При сильном боковом освещении каждая частица в У. отмечается наблюдателем как яркая точка (светящееся дифракц. пятно) на тёмном фоне. Вследствие дифракции на мельчайших частицах рассеивается очень мало света, поэтому в У. применяют, как правило, сильные источники света. В зависимости от интенсивности освещения, длины световой волны, разности показателей преломления частицы и среды можно обнаружить частицы размерами от 20—50 нм до 1—5 мкм. По дифракц. пятнам нельзя определить истинные размеры, форму и структуру частиц У. не даёт оптич. изображений исследуемых объектов. Однако, используя У., можно установить наличие и численную концентрацию частиц, изучать их движение, а также рассчитать ср. размер частиц, если известны их весовая концентрация и плотность. [c.218]

Ранее основное внимание уделялось обработке цифровых данных с голографической записью и последующим считыванием в непрерывно изменяемой фоточувствительной среде. Были продемонстрированы также некоторые логические операции между страницами данных без непрерывной голографической записи. Например, операция сравнения ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ может быть осуществлена с использованием предварительно записанной постоянной голограммы на тестовой странице. Если искомая согласованная страница находится в составителе страниц и при этом фаза опорного пучка сдвинута на 180° по отношению к фазе при записи тестовой страницы, а амплитуды равны, то для прошедшей объектной волны можно получить нулевой результат (темный участок, или логический нуль). Этот принцип используется в интегрированном оптическом компараторе Баттелла (см., например, статью Кенана и др. [20]). В этом интегрированном оптическом приборе на основе ниобата лития две управляемые волны интерферируют в фоточувствительной области, легированной железом, в результате чего записывается, а затем фиксируется (из-за процессов миграции ионов) голограмма. Один из управляемых волновых фронтов уже претерпел дифракцию на распределении показателя преломления, созданном последовательностью поверхностных электродов. После того как записана и зафиксирована тестовая голограмма, на последовательность электродов можно наложить другой сигнал. При соответствующей амплитуде опорного пучка и сдвиге его фазы па 180° относительно фазы при записи нуль на выходе получается только при совпадении входного сигнала и сигнала, использованного при исходной записи. Применяя регистратор нуля, на выходе получим сигнал только в случае, когда исследуемые данные согласованы с предварительно записанным сигналом. На рис. 10 показана схема другого прибора такого типа. В этой системе канал двоичных данных непрерывно исследует сегменты т-битовых слов, которые путем осуществления операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ сравниваются с п словами, заранее записанньшк на основной голограмме Фурье. Амплитуду опорного пучка необходимо все время регулировать в соответствии с пропусканием слова по ходу составителя страниц. Если слово на входе системы соответствует любому из записанных ранее слов, то на выходе появляется нуль для любых адресных положений этого слова в [c.449]

После ознакомления с основными формулами общих законов дифракции й образования изображения протяженных объектов целесообразно (применить главные результаты к простому случаю совершенного оптического прибора. Ранее пошученные выражения, которые кажутся довольно сложными, приводят к простым результатам, если их применить к конкретному случаю. Мы изучим не только классическое распределение энергии в пятне изображения точки, но и определим контраст изображения любого типичного объекта, а также действие прибора при когерентном освещении, что (приведет нас к исследованию фазового контраста. Прежде всего мы рассмотрим очень простой пример стигматического прибора с круглым зрачком и равномерным пропусканием случай переменного пропускания (аподизация) будет изучен позднее. [c.85]

Никакие конструктивные объективы не помогают избавиться от этого недостатка, так как он обусловлен самш волновой природой электромагнитных колебаний. И именно он определяет одну из основных характеристик оптических приборов - их разрешающую способность, т. е. способность различать две близко расположенные светящиеся точки (например звезды). Это явление, ухудшающее разрешающую способность электронных микроскопов, заставило Денниса Габора задуматься над тем, как можно устранить последствия дифракции. И он предложил способ, в котором были заложены основные принципы голографии. Но об этом немного позже. [c.36]

Разрешающая способность оптических приборов и, в частности, микроскопов ограничивается явлением дифракции. Предельный размер частицы, изображение которой правильно передает ее форму или структуру, соизмерим с длиной волны и составляет величину порядка 0,5 (для видимого света). Изображение частиц меньших размеров будет иметь вид дифракционного кружка, форма которого практически не зависит от формы частиц. При специальном способе наблюдения эти дифракционные картины, однако, могут быть замечены и, следовательно, факт существования частиц, их иоложение и движение могут быть установлены. Вопросы наблюдения и исследования таких малых частиц в коллоидных растворах и аэрозолях и составляют предмет ультрамикроскопии. [c.733]

Зависимость ширины пучка от г характеризуется гиперболами (ау/шо) —(2/2о) =1, где га=кт1/2=лт%/ к—радиус дифракционной расходимости. При 2=0 радиальная ширина имеет наименьшее значение ау = аУо перетяжка, или шейка пучка). В области шейки, или в ближней зоне, пока г < го, площадь сечения пучка практически постоянна. При 2= 2о она удваивается, а на больших расстояниях 121> 2о (дальняя зона, или область дифракции Фраунгофера) ширина пучка возрастает линейно с увеличением z w z) 2г/ к10о)=Кг/(п10о). Это показано штриховыми линиями (асимптоты гипербол) на рис. 6.21,6. Соответствующий угол дифракционной расходимости 0 = Я,/(яшо) несколько меньше, чем при прохождении плоской волны через круглое отверстие [см. (6.28)]. Важное отличие от дифракции на отверстиях, выделяющих участок волновой поверхности с примерно равными амплитудами, заключается в том, что интенсивность дифракционной картины в гауссовом пучке монотонно и быстро уменьшается с ростом угла дифракции без характерных осцилляций (т. е. чередующихся темных и светлых колец). Это качество очень полезно в оптических приборах, и иногда для подавления дифракционной структуры вместо диафрагм с резкими краями вводят искусственно постепенное ослабление пучка от оси к периферии. Такой прием называется аподизацией. [c.299]

Явление дифракции при круглой форме отверстия имеет важное значение для работы многих олтических инструментов, например телескопа, микроскопа, фотографического объектива и других оптических приборов. [c.279]

В принципе световое и вообще электромагнитное поле содержит все возможные длины волн, направления распространения и на правления поляризации. Но главное назначение лазера как прибора состоит в генерации света с определенными характеристиками. Первый этап селекции, а именно по частоте, достигается выбором лазерного материала. Частота V испускаемого света определяется формулой Бора Ну = и нач — конечн и фиксируется выбором уровней энергии активной среды. Разумеется, линии оптических переходов не являются резкими, а по различным причинам уширены. Причиной уширения могут быть конечные времена жизни уровней вследствие излучательных переходов или столкновений, неоднородность кристаллических полей и т. д. Для дальнейшей селекции частот используются оптические резонаторы. В простейшем СВЧ-резонаторе, стенки которого имеют бесконечно высокую проводимость, могут существовать стоячие волны с дискретными частотами. Эти волны являются собственными модами резонатора. Когда ученые пытались распространить принцип мазера на оптическую область спектра, было не ясно, будут ли вообще моды у резонатора, образованного двумя зеркалами и не имеющего боковых стенок (рис. 3.1). Вследствие дифракции и потерь на пропускание в зеркалах в таком открытом резонаторе не может длительно существовать стационарное поле. Оказалось, однако, что представление о типах колебаний (модах) с успехом может быть применено и к открытому резонатору. Первое доказательство было дано с помощью компьютерных вычислений. Фокс и Ли рассмотрели систему двух плоских параллельных зеркал и задали начальное распределение поля на одном из зеркал. Затем они исследовали распространение излучения и его отражение. После первых шагов начальное световое поле рассеивалось и его амплитуда уменьшалась. Однако после, скажем, 50 двойных проходов мода поля приобретала некую окончательную форму и ее амплитуда понижалась в одно и тоже число раз при каждом отражении (с постоянным коэффициентом отражения. Стало ясно, как обобщить понятие моды на случай открытого резонатора. Это такая конфигурация поля, которая не изменяется [c.64]

Если исследователя интересует четкость изображения, сформированного какой-либо оптической системой, и возможность раздельного няб.п1пдрния на нем близких частей объекта, требуется определить так шзыш щю разрешающую u лу оптического 1П1струмента. Это понятие непосредственно связано с волновой природой света и наблюдением явления дифракции на краях диафрагм Оттенка разрешающей силы отдельных оптических приборов будет сделана в разделе 8.5. [c.76]

А. ф. оптического прибора, создающего изображение (фотоаппарат, телескоп, микроскоп и др.), описывает распределение освещённости в создаваемом прибором изображении бесконечно малого (точечного) источника излучения. Идеальный оптич. прибор, по определению, изображает точечный источник излучения в виде точки ф( г, у) его А. ф. везде, кроме этой точки, равна нулю. Реальные оптич. приборы изображают точку в виде пятна рассеянной энергии А. ф. таких приборов не равна нулю в области кон. размеров х, у). Величина этой области и вид А. ф, для разл. приборов различны. В безаберрац. приборах величина А, ф. определяется дифракцией света и может быть рассчитана для разных форм апертурной диафрагмы. Угл, размеры областп, в к-рой А. ф, отлична от нуля, по порядку величины равны к/В, где Я — длина волны, В — размер входного зрачка. Аберрации и дефекты изготовленпя оптич, деталей приводят к дополнит, расширению области, в к-рой А.ф. отлична от нуля. Площадь кон. размеров /(ж, у), к-рую занимает изображение точечного источника реальным прибором, и явл. в этом случае А.ф. этого оптич. прибора а х, у). Расчёт А.ф. при наличии аберраций очень сложен и практически не всегда возможен. Поэтому А. ф. часто о-пределяют эксперим. путём. А. ф. позволяет оценить разрешающую способность оптич. приборов чем шире А. ф. (см, рис. 1 в ст. Спектральные приборы), тем хуже разрешение (меньше разрешающая способность). [c.32]

РАЗНОСТЬ ХОДА лучей, разность оптических длин путей двух световых лучей, имеюпщх общие нач. и конечную точки. Понятие Р. х. играет осн. роль в описании интерференции света и дифракции света. РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ ДИНАМИКА, см. Динамика разреженных газов. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ (разрешающая сила) оптических приборов, характеризует способность этих приборов давать раздельное изображение двух близких друг к другу точек объекта. Наименьшее линейное (или угловое) расстояние между двумя точками, начиная с которого их изображения сливаются и перестают быть различными, наз. линейным (или угловым) пределом разрешения. Обратная ему величина служит количеств, мерой Р. с. оптич. приборов. Идеальное изображение точки, как элемента предмета, может быть получено от волновой сферич. поверхности. Реальные оптич. системы имеют входные и выходные зрачки конечных размеров, ограничивающие волновую поверхность. Благодаря дифракции света даже при отсутствии аберраций и ошибок изготовления оптич. система изображает точку в монохроматич. свете в виде светлого пятна, окружённого попеременно тёмными и светлыми кольцами. Пользуясь теорией дифракции, можно вычислить наименьшее расстояние, разрешаемое оптич. системой, если известно, при каких распределениях освещённости приёмник (глаз, фотослой) воспринимает изображение раздельно. В соответствии с условием, введённым англ. учёным Дж. У. Рэлеем (1879), изображения двух точек можно видеть раздельно, если центр дифракц. пятна каждого из них пересекается с краем первого тёмного кольца другого (рис.). [c.615]

В этом случае проблема более проста, чем в случае некогерентного освещения. В самом деле, рассмотрим распределение комплексных ам плитуд Q у, z) на плоскости объекта математическое выражение принципа Гюйгенса — Френеля [соотношение (3.10)] показывает, что распределение амплитуд на сфере с центром в О есть преобразование Фурье функции Q(y, z). Эта сфера сравнения S может, в частности, опираться на контур 1входного зрачка прибора, и для того, чтобы перейти к распределению амплитуд на сфере S с центром в О, достаточно вычислить изменение оптического пути L 1между этими двумя сферами [соотношение (3.11)], т. е. аберрацию прибора. Наконец, изображение представляется преобразованием Фурье распределения амплитуд на S, и мы увидим, что образование изображения по существу есть следствие двух дифракций одна соответствует переходу от объекта до входного зрачка, другая — от выходного зрачка до изображения. Поскольку каждой из этих дифракций соответствует свое преобразование Фурье, закон фильтрования представляется весьма простым. Если коэффициент пропускания прибора мало меняется, можно утверждать, что все частоты, распространяющиеся в направлении, проходящем через входной зрачок, пропускаются [иногда с изменением фазы, возникающим в результате действия величины h ( Д) в соотношении (3.11)] частоты же более высокие, направляющие дифрагированные волны мимо зрачка, исключаются это и есть основная идея теории Аббе о разрешающей силе микроскопа. [c.69]

Аналогичные явления возникают и в спектральном приборе. Если бы при строго монохроматическом излучении и бесконечно узкой входной щелп изображение — спектральная линия — имело бесконечно малую ширину, то такой спектральный прпбор можно было бы назвать идеальным. Однако в реальном спектральном приборе из-за дифракции, остаточных аберраций фокусирующей системы и возможных дефектов оптических деталей снектра.льпая линия (даже прп бесконечно узкой входной щелп и строго монохроматическом излучении) имеет конечную ширину с определен- [c.41]

Смотреть страницы где упоминается термин Дифракция и оптических приборах : [c.286] [c.248] [c.210] [c.62] [c.52] [c.41] [c.267] [c.293] [c.365] [c.499] [c.456] [c.123] [c.97] [c.40] [c.210] [c.299] [c.317] [c.690] [c.283] [c.30]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...