Дифракционные явления в оптических системах

ДИФРАКЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ [c.331]

Исследование дифракционных явлений, имеющих места в оптической системах, лежит в основе теории образования оптического изображения. Развитию и формированию теории образования изображения способствовало применение преобразо- [c.335]

Преобразование оптического излучения в оптических системах с учетом дифракционных явлений излагается в известной монографии [15]. В этой книге рассмотрены как собственно теория дифракции, так и методы изменения структуры оптического изображения с целью оптимизации способов его регистрации. [c.525]

Лазер является идеальным источником в системах измерений, использующих интерференционные и дифракционные явления. Применение лазеров для измерения размеров и перемещений составляет в машиностроении и приборостроении значительную долю всех измерений. Особенно широкое применение лазерные методы нашли при измерении размеров малых объектов, скоростей и расходов потоков оптически прозрачных сред. [c.4]

Пространственная ограниченность реальных световых импульсов привносит новые явления в процесс их распространения и преобразования оптическими системами. Один из таких примеров разобран в предыдущем параграфе — отражение пространственно-ограниченного лазерного импульса от дифракционной решетки. Приведенные там результаты справедливы для сравнительно длинных импульсов, дифрагирующих как целое. Для лазерных импульсов длительностью в несколько периодов существенным может быть эффект неравенства дифракционных длин разных спектральных компонент импульса [34—36, 65]. Действительно, высокочастотные компоненты импульса дифрагируют медленнее, чем низкочастотные. Поэтому даже в недиспергирующей среде при не слишком малых значениях Асо/соо следует ожидать, как отмечено в [15], деформации светового импульса. Этот же эффект может проявляться при фокусировке светового импульса [37, 70]. Обе упомянутые задачи проанализированы в настоящем параграфе. [c.58]

Для реальных оптических систем можно принять разрешающую силу объектива 30 линий на 1 мм, в таком случае в интерферометрах с полем 0 100 мм и масштабом изображения 1 5 ошибка, вызванная аберрациями системы, составит 0,15 мм в плоскости исследуемой неоднородности. Учитывая дополнительную потерю за счет зернистости фотоматериала, составляющую 0,05 мм (для масштаба 1 5), получим величину общей разрешающей способности - 0,2 мм. Эго несколько "меньше, чем ошибки, вызванные дифракционными явлениями, но при малых масштабах изображения могут превосходить ее. Следовательно, в отличие от схемы интер( рометра Маха-Цендера, где дифракционные ошибки пренебрежимо малы по сравнению с аберрационными [4], для многолучевого интерферометра величины о их погрешностей соизмеримы. [c.120]

Так как в большинстве случаев исследуемые под микроскопом объекты очень малы и могут быть сравнимы с длиной световой волны, то качество изображения и определение пределов разрешения оптической системы можно оценить лишь, исходя из представлений о волновой природе света. Последняя позволяет рассматривать процесс образования изображения микроскопического объекта как результат дифракционного и интерференционного явлений, возникающих при прохождении света через объект и оптическую систему микроскопа. [c.31]

Мы уже определили аберрацию оптической системы К как ее неспособность пропустить луч из точки предмета О точно через точку изображения О. При рассмотрении дифракционных явлений, приводящих к отличию К от идеального прибора, удобно описывать аберрации как отклонения волновых фронтов от некоторых идеальных поверхностей. В частности, если рассматривать изображение точки О осесимметричной системой К, то ее гауссово изображение О находится в точке пересечения главного луча, выходящего из точки О, с плоскостью, сопряженной с плоскостью предмета. Рассмотрим теперь волновой фронт проходящий через центр выходного зрачка Е и гауссову опорную сферу радиусом / , также проходящую через " и имеющую центр в точке О (рис. 2.36). Луч / , выходящий из точки [c.143]

Согласно геометрической теории [16] интерферометр есть особого вида идеальная оптическая система, в которой ход лучей подчиняется законам геометрической оптики и дифракционные явления не учитываются. [c.125]

Длительности световых импульсов, генерируемых современными лазерными системами, могут составлять всего несколько периодов световых колебаний. Линейное распространение таких импульсов даже в слабо диспергирующей, среде (вдали от резонансов) уже на весьма коротких расстояниях кардинально-отличается от привычного для оптики распространения волновых пакетов неизменной формы с групповой скоростью. Дисперсия среды может чрезвычайно сильно изменить форму коротких импульсов. При специальном подборе начальной фазовой модуляции импульса и знака дисперсии появляются возможности целенаправленного управления его формой, сильного сжатия импульса — фокусировки во времени. Явления, возникающие при распространении коротких световых импульсов в диспергирующей среде, во многом сходны с дифракционным распространением и преобразованием узких световых пучков. В ряде случаев между этими разнородными иа первый взгляд явлениями можно проследить точную пространственно-временную аналогию. Много практически важных задач связано с прохождением коротких световых импульсов через оптические приборы, взаимовлиянием дифракционных и дисперсионных эффектов. Большой их круг является предметом фурье-оптики волновых пакетов. [c.17]

Прекрасное согласие с экспериментом в оптике. Почти двухсотлетннй опыт применения физической оптики (и ее математической формулировки —ПК) при расчете оптических явлений показал, что она правильно описывает все дифракционные эффекты в оптических системах. Хорошее согласие объясняется тем, что в оптике отношение характерных размеров а задачи к длине волны Я столь велико (яД= 10 . 10 ), что все дифракционные эффекты могут наблюдаться лишь в малом секторе углов (окрестности границ свет — тень геометрооптического решения), где ПК Дает малую относительную погрешность. Например, оптические эксперименты не могут отличить тень, образованную металлическим [c.136]

Пространственная когерентность играет важную роль в образовании изображения в оптических системах (приборах). Вследствие таутохронизма оптических систем (см. 20) световые колебания в изображениях различных точек соответствуют одновременным колебаниям в источнике света, т. е. в изображаемом предмете. Вместе с тем, в результате дифракционных явлений и аберраций в каждую точку плоскости изображения приходят волны, испущенные разными точками предмета. Если предмет самосветящийся, то колебания в разных его точках некогерентны и в изображении можно складывать интенсивности от разных точек предмета, приходящие в данную точку плоскости изображения. Если же предмет несамо-светящийся, то разные его точки, вообще говоря, частично когерентны и складывать интенсивности нельзя. Действительно, неса-мосветящиеся предметы наблюдаются в результате рассеяния волн, падающих на предмет от постороннего источника света. Если им служит точечный источник света, то световые колебания во всех точках освещаемого предмета находятся в строго определенных фазовых соотношениях, т. е. полностью когерентны, и в изображении следует складывать не интенсивности, а амплитуды колебаний, приходящих от разных точек предмета в данную точку плоскости изображений. [c.105]

Модуляция света независимого источника - характерный принцип воспроизведения голографического изображения. В основу работы могут быть положены разные принципы, например, изменение оптической плотности светопропускающего элемента или явление поляризации света. Известны также дифракционные и растровые оптические системы модуляторов. Из этих групп для голографического воспроизведения могут быть использованы только системы с изменением оптической плотности и растровые. [c.117]

Модель некогерентной оптической системы получена для некогерентного монохроматического источникг излучения. Для большинства прикладных задач некогерентность излуч ния сопровождается его полихрома-тичностью (тепловые, люминесцентные источники излучения). Тогда распределение освещенности в изображечии, даваемом оптической системой, определяется спектральными характеристиками источников излучения, монохроматическими аберрациями оптической системы и зависимостью дифракционных явлений от длины волны [c.52]

В литературе встречаются указания, что за счет дифракционных явлений большие частицы отбирают из потока излучения в 2 раза больше энергии, чем падает на площадь их поперечного сечения . Видимо, подобную формулировку об отъеме энергии можно применять без оговорок только тогда, когда приемниками излучения являются оптические устройства, и важно, насколько ослабленным приходит луч в определенную точку, лежащую, например, строго на его первоначальном направлении. В этом случае потерянным ( отнятым из потока) может действительно являться и отбрасывае.мое крупной частицей вперед излучение, коль скоро оно все же рассеяно, хотя бы в пределах довольно узкого телесного угла. Но в рассматриваемой здесь задаче теплообмена отнятым из потока будет лишь излучение, отброшенное назад. Поэтому во многих случаях теплообмена излучением в дисперсных системах крупных частиц роль дифракции на них может оказаться не особенно большой. Ведь при малой объемной концентрации частиц они не взаимодействуют, а для отдельной крупной частицы индикатриса рассеяния вытянута вперед. При плотной упаковке частиц возникнет кооперативный [c.84]

В лазерах с диффузным охлаждением отношение мощности излучения к длине разрядной трубки P/L не зависит от радиуса разрядной трубки и давления рабочей смеси. Поэтому основной путь увеличения мощности излучения СОг-лазера с диффузным охлаждением — это увеличение длины разрядных трубок (до десяти метров). Учитывая ограничение, налагаемое дифракционными явлениями на предельную длину лазера L p 5- 50 м, предельная мощность лазера с диффузным охлаждением Рцр О Зч-З кВт. Для уменьшения длины мощных диффузно-охла-ждаемых СОг-лазеров используется система параллельно расположенных газоразрядных трубок, последовательно объединенных единой оптической системой (это лазеры с так называемым сложением или ломаным резонатором). Основной недостаток таких лазеров — сравнительно высокая расходимость лазерного излучения, на 1—2 порядка превышающая дифракционный предел, что обусловлено многомодовььм характером излучения и большим числом оптических элементов, в частности, поворотных зеркал. [c.48]

Туманное, нерезкое изображение тел частиц (в поле зрения микроскопа) при одновременном чет1 о выраженном их контуре свидетельствует о малой глубине резкости примененного объектива. Глубину резкости изобра-. жения можно увеличить, уменьшив с помощью диафрагмы конденсора апертуру оптической системы объектив— конденсор. Если при этом в поле зрения микроскопа возникнут дифракционные явления, то следует подобрать другой объектив е, меньшей апертурой. [c.166]

Пространственная структура лазер- ного пучка зависит от геометрии оптического резонатора. От других известных типов резонаторов (например, микроволновых) оптический отличается тем, что его размеры велики по сравнению с длиной волны [ (Ю" 10 ) X], поэтому он обладает большим числом мод. Однако это открытый резонатор, образованный двумя далеко разнесенными зеркалами, и большинство мод характеризуется сильным затуханием из-за ухода излучения за его пределы. Моды с малыми потерями должны (в приближении геометрической оптики) соответствовать такому направлению распространения излучения, чтобы после повторных проходов и отражений излучение не выходило из резонатора. Требование существования таких мод налагает ограничения на соотношение между длиной резонатора и радиусами кривизны его зеркал, известные как условия устойчивости (неустойчивый резонатор может использоваться только в системах с очень высоким уровнем усиления в активной среде). Из-за ограниченного размера зеркал распространение света в резонаторе сопровождается дифракционными явлениями, и в общем случае задача расчета поля в резонаторе оказывается довольно сложной. [c.449]

Повторяя слова Таунса [1], можно сказать, что последние наиболее яркие события в радиооптике, включая изобретение лазеров, отражают в миниатюре грандиозные перемены, которые в последнее время в корне преобразовали природу технологических открытий . Достаточно вспомнить, что лазеры, явления нелинейной оптики, оптические вычислительные устройства, дифракционные решетки, безлинзовая фотография, оптические фильтры и автоматические системы считывания информации были предсказаны и разработаны почти целиком на базе теоретических идей, отличающихся довольно сложной и абстрактной природой . Подобные открытия или разработки не могли родиться в полуподвальной мастерской или полностью базироваться на эдисоновском методе интуитивных проб и ошибок . Они являются продуктом современной научной эпохи и почти все без исключения связаны с теоретическими разделами физики, радиосвязи и, конечно, радиооптики. [c.16]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...