physics_saveliev_3 (535941), страница 7
Текст из файла (страница 7)
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 3! различии цветов сравнение яркостей сильно затрудняется, а при большом различии делается невозможным. Объективные методы фотометрии делятся на фотографические и электрические. Фотографические методы основаны на том, что почериение фоточувствительного слоя в широких пределах пропорционально количеству световой энергии, попавшей на пластинку (или пленку) за время экспозиции.
В электрических фотометрах в качестве приемников света применяются фотоэлементы, фотоумножители, фотосопротивления, болометры и термопары. Простейший фотоэлектрический фотометр состоит из фотоэлемента и стрелочного гальванометра, измеряющего возникающий под действием света фототок. Шкала гальванометра может быть проградуирована непосредственно в люксах. Имеются фотоэлементы, 'кривая чувствительности которых к свету различной длины волны близка к кривой чувствительности человеческого глаза.
В фотоумножителях (см. т. П, й 87) возникший под Ряс и. действием света фототок подвергается многократному усилению, в результате чего чувствительность фотометра значительно повышается. Фотосопротивление 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,! — ! мк) слоя металла (или полупроводника) прн нагревании, обусловленном поглощением этим слоем падающего на него излучения. Для более полного поглощения излучения поверхность чувствительного элемента покрывается чернью. На рис.
!7 показан термостолбик, применяемый для измерения интенсивности излучения. Он представляет собой термобатарею, составленную нз чередующихся топких полосок двух различных металлов. Полоскй од- 32 ного металла на рисунке зачернены„ другого — оставлены незачерненными. Спан, прикрепленные к массивной рамке, имеют одинаковую с ней температуру. Внутренние спаи зачернены и под действием падающего на них излучения нагреваются-, По возникающей при этом термо-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,. термостолбики — для исследования инфракрасного излучения. ГЛАВА!! ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА 5 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 г е о м етрической (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 оии прямолинейны. На границе раздела двух сред лучи претерпевают отражение и преломление по законам (1.1) и (1.2). Представления, геометрической оптики справедливы лишь в той степени, в какой можно пренебречь явлениями интерференции и днфракции 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 м о ц е н т р и ч е с к и и. Гомоцеитрическаму пучку лучей соответствует сферическая волновая поверхность. На рис. ! 8, а показан сходящийся, а ма рис. 18, б — расходящийся гомоцентрический пучок. Частным случаем гомоцеитрического пучка является пу. чок параллельных лучей; ему соответствует плоская свеновая волна.
гУ/ 4 Рис. 18, // /// Рис. 19. происходит не в одной точке, а в совокупности точек, расположенных на двух взаимно перпендикулярных прямолинейных отрезкэх. Такой пучок лучей называется а с т и г и а т и ч е с к и м..Расстояние между отрезками Р;Р", и Р:Р, 'называют астигматической рази остью. При пересеченяи астигматического пучка плоскостью, перпендикулярной к его оси, получается эллиптическое сечение (! н )П на рис. '19). В точках Р, 'н Ра 2* 96 Рассмотрим небольшой участок волновой поверхности двоякой кривизны (рис.
19). Возьмем нормальные сечения АВ и СВ этой поверхности, соответствующие наибольшей и наименьшей кривизне. Из геометрии известна, что эти сечения взаимно перпендикулярны. Лучи, х перпендикулярные к сечению АВ большей кривизны, пересекутся в точ. -рР' Р'~= 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 однои прямой с точкой Р,. Аналогично, лучи, перпендикулярные к сечению СР/ меньшей кривизны и близким к нему аечениям А'А" и В'В", пересекутся в точках Р-, Рз,и Рс', лежащих на приблизительно прямолинейном отрезке, Итак, в случае, когда пучку лучей соответствует волновая поверхность двоякой кривизны, пореаечение лучей эллипс переходит в прямые Р~Р( и Р,'Р".
Одно нз сечений (П на рнс. 19) — круговое; оно называется кружком наименьшего рассеяния. С уменьшением астигматической разности длина отрезков Р;Р и РтР': и радиус кружка наименьшего рассеяния убывают. Всякая оптическая система осуществляет преобразование световых пучков, Если система не нарушает гомоцентричностн пучков, то лучи, вышедшие из точки Р, пересекутся в одной точке Р'. Эта точка представляет собой оптическое изображение точки Р.
Если любая точка предмета изображается в виде точки, изображение называется точечным нли стигматич- ески. Изображение называется д е й с т в и т е л ь н ы м, если световые лучи в точке Р' действительно пересекаютсч '(см. рис,'18,а), и мни мызп если в Р' пересекаются продолжения лучей, проведенные в направлении, обратном распространению света (см.
рнс. 18, б). Действительные изображения непосредственно освещают соответственным 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 иметьсвое изображение в Р. По этой причине Р и Р' называют сопряженными точками, Оптическая система, которая дает стигматическос изображение, геометрически подобное') отображаемому предмету, называется и д е 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 р ос т р а яствомм предметов, вторая — пространством ') Имеются в виду прелмет и изображение, лежащие в плоско. стяк, перпендикулярных к оси системы.
Для предметов, имеющих протяженность вдоль оси, подобие предмета и изображения не сохраняется (см, рис. 24). Зб и з о б р а ж е н и й. В обоих пространствах точки, прямые и плоскости однозначно соответствуют друг другу. Такое соотношение двух пространств называется в геометрии колл инеа рным соответствием'). 9 9. Центрированная оптическая система Оптическая система представляет собой совокупность отражающих и преломляющих поверхностей, отделяющих друг от друга оптически однородные среды. Обычно эти поверхности бывают сферическими или плоскими Рис.
20. (плоскость можно рассматривать как сферу бесконечного радиуса). Реже применяются более сложные, но имеющие ось симметрии поверхности (эллипсоид, гиперболоид, параболоид вращения и др.). Оптическая система, образованная сферическими (в частности плоскими) поверхностями, называется цент р и р о в а и н о й, если центры всех поверхностей лежат на одной прямой. Эту прямую называют о п т и ч ее к о й осью системы. На рис. 20 показаны внешние преломляюшие поверхности и оптическая ось некоторой идеальной цеитрированной оптической системы. Пусть на систему падает пучок лучей, параллельных оптической оси (рис.
20,а). ') Теория идеальной оптичесиоа системы была создана Гауссом. 37 Эти лучи можно рассматривать как исходящие из точки, лежащей на оси на бесконечно большом расстоянии от системы. Поскольку система идеальна, пучок лучей по выходе из нее остается гомоцентрическим. В зависимости от конкретного устройства системы вышедший пучок будет либо сходящимся (сплошные лучи), либо расходящимся (пунктирные лучи), либо параллельным (цифрами 1 и 1', а также 2 н 2' обозначены сопряженные лучи). Точка Р', в которой пересекаются вышедшие из системы лучи, называется задним или вторы м ф оку с о и системы. Из соображений симметрии ясно, что Р' лежит на оптической оси.
Как видно из рис. 20, а, фокус г"' может находиться по любую сторону от системы (в частности, он может оказаться внутри' системы). Задний фокус вреде~валяет собой точку, сопряженную с бесконечно удаленной точкой в пространстве предметов, лежащей на оптической оси системы. Бесконечно удаленной, перпендикулярной к оптической осн плоскости в пространстве предметов будет, очевидно, соответствовать в пространстве изображений перпендикулярная к той,же оси плоскость Г'г', проходящая через фокус г'. Эта плоскость называется ф о к а л ь ной. Пучок параллельных лучей, образующих с оптической осью любой угол, после выхода из системы соберется в одной нз точек плоскости г'.
Следовательно, изображение бесконечно удаленного предмета будет лежать в фокальной плоскости. В пространстве предметов существует лежащая на оптической оси точка Р (рис. 20, б), обладающая тем свойством, что вышедшие из нее (на рисунке — сплошные) или сходящиеся в ней (пунктирные) лучи после прохождения через систему становятся параллельными оптической оси. Эта,точка называется передним или п е р в ы м ф о к у, с о м системы, а проходящая через нее плоскость, перпендикулярная к оптической оси, называется передней фокал ьной плоскостью. Она сопряжена с бесконечно удаленной плоскостью в пространстве изображений. Пупок лучей, вышедших из любой точки фокальной плоскости, после, прохождения через систему превращается,в параллельный пучок, образующий с оптической осью угол, вообще говоря, отличный от нуля. 38 Рассмотрим две сопряженные плоскости, перпендикулярные к оптической оси системы.
Отрезок прямой у (рис. 21), лежащий в одной из этих плоскостей, будет иметь своим изображением отрезок прямой у', лежащий во второй плоскости. Из осевой симметрии системы вытекает, что отрезки у и р' должны лежать в одной, проходящей через оптическую ось плоскости (в плоскости рисунка). При этом изображение у' может быть обращено либо в ту жс сторону, что и предмет у (рнс. 21,а), либо в противоположную сторону (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
