Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы, страница 6

Приодинаковой с обеих сторон освещенности пластинки Р граница между полями сравнения исчезает. Одинаковой освещенности можно достигнуть, подбирая расстояния г~ и г, источников света от пластинки Р. Если источники можно считать точечными, то равенству освещенностей будет соответствовать условие [см. формулу (6.7) ): уь 72 г! г2 из которого по известной силе света эталонного источника можно найти силу света источника, сравниваемого с эталоном. Вместо изменения расстояний от источников можно ослаблять поток света, идущий от одного из источников, в известное число раз. Для этого можно воспользоваться, например, образованным двумя клиньями фильтром переменной толщины (см.

рис. 16). Фильтр должен быть нейтральным, т. е. в одинаковой степени поглощать свет различной длины волны. Равенство яркостей устанавливается глазом достаточно точно только в том случае, если оба поля сравнения имеют одинаковый цвет. Уже при небольшом з! различии цветов сравнение яркостей сильно затрудняется, а при большом различив делается невозможным. Объективные методы фотометрии делятся на фотографические и электрические. Фотографические методы основаны иа том, что почернение фоточувствительного слоя в широких пределах пропорционально количеству световой энергии, попавшей на пластинку (или пленку) за время экспозиции.

В электрических фотометрах в качестве прнемников света применяются фотоэлементы, фотоумножители, фотосопротнвления, болометры и термопары. Простейший фотоэлектрический фотометр состоит из фотоэлемента и стрелочного гальванометра, измеряюшего возникающий под действием света фототок. Шкала гальванометра может быть проградуирована непосредственно в люксах.

Имеются фотоэлементы, кривая чувствительности кото.- рых к свету различной длины волны близка к кривой чувствительности человеческого глаза. В фотоумножителях (см. т. 11. $ 87) возникший под р„с рл действием света фототок подвергается многократному усилению, в результате чего чувствительность фотометра значительно повышается. Фотосопротнвление представляет собой полупроводник, носители тока в котором возникают в результате внутреннего фотоэффекта. Электрическое сопротивление такого полупроводника сильно зависит от интенсивности падающего на него света. Действие болометра основано на изменении электрического сопротивления тонкого (О,! — 1 мк) слоя металла (нлн полупроводника) при нагревании, обусловленном поглощением этим слоем падающего на него излучения. Для более полного поглощения излучения поверхность чувствительного элемента покрывается чернью.

На рис. 17 показан термостолбик, применяемый для измерения интенсивности излучения. Он представляет собой термобатарею, составленную из чередующихся топких полосок двух различных металлов. Полоскй од- 32 ного металла на рисунке зачернены, другого — оставлены незачерненными. Спаи, прикрепленные к массивной рамке, имеют одинаковую с.ней температуру. Внутренние спаи зачернены и под действием падающего на них излучения нагреваются; По возникающей при этом терно-э. д. с. можно судить об интенсивности излучения. Для увеличения чувствительности термостолбик помещают в эвакуированный баллон. Объективные фотометры позволяют измерять интенсивность излучения за пределами видимой части спектра.

Так, фотопластинки и фотоэлементы применяются для определения интенсивности ультрафиолетового излучения, болометры .. термостолбнки — для исследования инфракрасного излучения. Гл АВА н ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА й 8. Основные понятия и определения Многие оптические явления, в частности действие оптических приборов, можно рассматривать, исходя из представления о световых лучах. Раздел оптики, основывающийся на этом представлении, называется геометрической (или лучевой) оптикой. В изотропной среде под лучами понимаются линии, нормальные к волновым поверхностям.

Вдоль этих линий распространяется световая энергия. При пересечении лучи не возмущают друг друга. В однородной среде они прямолинейны. На границе раздела двух сред лучи претерпевают отраженяе и преломление по законам 11.1) и 1!.2). Представления, геометрической оптики справедливы лишь в той степени, в какой можно пренебречь явлениями интерференции и дифракции световых волн. Дифракция сказывается тем слабее, чем меньше длина волны.

Поэтому можно сказать, что геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, соответствующим исчезающе малой длине волны, Совокупность лучей образует пучок. Если лучи при своем продолжении пересекаются в одной точке, пучок называется г о и о ц е н т р и ч е с к и м. Гомоцентрическому пучку лучей соответствует сферическая волновая поверхность. На рис. 18, а показан сходящийся, а ма рис. 18, б — расходящийся гомоцентрический пучок. Частным случаем гомоцентрического пучка является пу. чок параллельных лучей; ему соответствует плоская.свеЮовая волна. Ф 4 // /// Рис !в.

происходит ие в одной точке, а и совокупности точек, расположенных на двух взаимно перпендикулярных прямолинейных отрезках. Такой пучок лучей называетси астигмати чески м, Уасстояиие между отрезками Р(Р( и Р~Р; называют астигматической рази о с т ь ю. При пересечении астигматического пучка плоскостью, перпендикулярной к его оси, получается эллиптическое сечение (1 и Ш на рис. '19).

В точках Р~ 'и Рз 2* зз Рассмотрим небольшой участок волновой поверхности двоякой кривизны (рис. 19). Возьмем нормальные сечения АВ и СВ этой поверхности, соответствующие наибольшей и наименьшей кривизне. Из геометрии известно, что эти сечения взаимно перпендикулярны. Лучи, перпендикулярные к сечению АВ большей кривизны, пересекутся в точ. ке Рь Лучи, перпендикулярные к близким к сечению АВ и параллельным ему сечениям А'В' и А"В", пересекутся в точках Р( и Р~', лежащих приблизительно на одной Рис 18.

прямой'с точкой Рь Аналогично, лучи, перпендикулярные к сечению СЮ меньшей кривизны и близким к нему аечениям А'А" и В'В, пересекутся в точкак Р; Р' и РГ, лежащих на приблизительно прямолинейном отрезке. Итак, в случае, когда пучку лучей соответствует волновая поверхность двоякой кривиаиы, пвреаечеиие лучей эллипс переходит в прямые Р|Р, "н РзРз'. Одно из сечений (тт' на рис. 19) — круговое; оно называется кружком наименьшего рассеяния. С уменьшением астигматической разности длина отрезков Р;Р~ и РзР" и радиус кружка наименьшего рассеяния убывают.

Всякая оптическая система осуществляет преобразование световых пучков. Если система не нарушает гомоцентричности пучков, то лучи, вышедшие из точки Р, пересекутся в одной точке Р'. Эта точка. представляет собой о и т и ч е с к о е и з о б р а ж е н и е точки ' Р. Если любая точка предмета изображается в виде точки, изображение называется' точечным илн стигматичес и и м. Изображение называется д е й с т в и т е л ь н ы м, если световые лучи в точке Р' действительно пересекаются '(см.

рис. 18,а), и мнимым, если в Р' пересекаются продоажении лучей, проведенные в нанравленин, обратном распространению света (см. рнс. 18, б). Действительные изображения непосредственно освещают собтветственным образом расположенный экран (например, лист белой бумаги). Мнимое изображение такого освещения произвести не может, но при помощи оптических приборов мнимые изображения могут быть преобразованы в действительные; например, в нашем глазу мнимое изображение преобразуется в действительное, освещающее определенный участок сетчатой оболочки. Вследствие обратимости световых лучей источник света Р и изображение Р' могут поменяться ролями — точечный источник, помещенный в Р; будет нметьсвоеизображение в Р, По этой причине Р и Р' называют соп р яженным н точками.

Оптическая система, которая дает стигматическос изображение, геометрически подобное' ) отображаемому предмету, называется и де а л ь н о й. С помощью такой системы пространственная непрерывность точек Р отображается в виде пространственной непрерывности точек Р'. Первая непрерывность называется п ространством предметов, вторая — пространством ') Имеются в внду предмет н изображение, лежащие в плоскостях, перпенднхулярных к осн системы.

Для предметов, ямеющнх протяженность вдоль осн, подобав предмета н нзображення не сохраняется (см. ряс. 24). Зб из об р ажений. В обоих пространствах точки, прямые и плоскости однозначно соответствуют друг другу. Такое соотношение двух пространств называется в геометрии коллинеарным соответствием'). 9 9. Центрированная оптическая система Оптическая система представляет собой совокупность отражаюших н преломляюших поверхностей, отделяющих друг от друга оптически однородные среды.

Обычно эти поверхности бывают сферинескимн или плоскими бГ Рис. 20. (плоскость можно рассматривать как сферу бесконечного радиуса). Реже применяются более сложные, но имеюшне ось симметрии поверхности (эллнпсоид, гиперболоид, параболоид врашения и др.).

Оптическая система, образованная сферическими (в частности плоскими) поверхностями, называется центрированной, если центры всех поверхностей лежат на одной прямой. Эту прямую называют оптической осью системы. На рнс. 20 показаны внешние преломляюшне поверхности и оптическая ось некоторой идеальной центрированной оптической системы. Пусть на систему падает пучок лучей, параллельных оптической оси (рис. 20,а). 0 Теории идеальной оптичесиой системы была создана Гауссом. Эти лучи можно рассматривать как исходящие из точки, лежащей на оси на бесконечно большом расстоянии от системы.