Законы геометрической оптики

1.

Каф. норм. физиологи. Доц. Плетнев А.В.

2.

План лекции:
Законы геометрической оптики
1). Законы отражения
2). Законы преломления
3). Волоконная оптика
4). Линзы
5).Погрешности линз
Основные явления волновой оптики
1). Световой микроскоп
2).Электронный микроскоп

3.

Луч - это направление, вдоль которого распространяется световая энергия.
Законы отражения света:
Угол падения равен углу
отражения
рис1 законы отражения

4.

Полное внутреннее отражение. Предельный угол.
рис.2

5.

Отношение угла падения
к углу преломления - есть
величина известная как
(1)
относительный показатель
преломления для двух
данных сред:
Абсолютный показатель
(2) преломления среды –
отношение скоростей света в
вакууме С и данной среде
Рис3. Преломление на поверхности плоскости

6.

Волоконная оптика. Эндоскопия
Волоконная оптика широко используется
в медицинской эндоскопии.
Различные типы эндоскопов (гастроскоп,
трахеобронхоскоп, цистоскоп, лапароскоп и т.д.)
дают возможность наблюдать внутренние органы
в диагностических целях проводить хирургическое
вмешательство, делать фотографии
внутренних органов.
Рис. 4 Распространение света в волоконном световоде.

7.

Линза - прозрачное тело, сделанное из стеклянного или другого материала,
показатель преломления которого отличается от показателя преломления среды,
ограниченное одной или двумя сферическими поверхностями
Рисунок 5.
Собирающие (a) и рассеивающие (b) линзы
и их условные обозначения

8.

Преломление параллельного
пучка лучей в
собирающей (a)
и рассеивающей (b)
линзах.
R – радиусы кривизны
сферических поверхностей,
O1O2 – главная оптическая ось,
рис6
Величина, обратная фокусному
расстоянию линзы, называется
её оптической силой D
1
D
f
(3)
O – оптический центр,
F – главный фокус,
Ф – фокальная плоскость.
Единицей измерения оптической силы
линзы является диоптрий.
1диоптрий - оптическая сила линзы,
фокусное расстояние которой равно
одному метру.

9.

Погрешности линз
Аберрации линзы - дефекты линзы, которые могут исказить
формируемое с её помощью изображение объекта.
хроматическая аберрация, - окрашивание изображения
центральная и периферическая части линзы имеют не одинаковую
способность преломлять монохроматические световые лучи
следствие сферическая аберрация
Астигматизм является
Дисторсия
чаще всего результатом
несовершенства
сферичности линзы.
Рис.7 а – подушкообразная; б – бочкообразная

10.

Кома
Рис.8
представляет собой погрешность оптической системы, возникающую
при прохождении через нее широких пучков света от точки предмета
находящейся на побочной оптической оси

11.

Интерференция света.
Рис.9

12.

Дифракция света
Принцип Гюгенса
Каждая точка волнового
фронта является
источником вторичных
сферических волн
Дифракционная решетка
Условие главных максимумов
Рис.10

13.

Рис. 11

14.

Поляризация света.
Рисунок 12.
Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное
лучепреломление). Если кристалл поворачивать относительно
направления первоначального луча, то поворачиваются оба
луча, прошедшие через кристалл

15.

закон Малюса
Рис.13
I I 0 cos (10)
2
Интенсивность прошедшего света прямо пропорциональной углу
поворота φ

16.

Рис.14
Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна.

17.

Рис.15
Прохождение естественного света через два идеальных поляроида.
yy' – разрешенные направления поляроидов.
I
E
(11)
2
0
0
E E cos (12)
0
1
I I cos
2
2
0
(13)

18.

Рис.16 Ход лучей в микроскопе
Общее увеличение микроскопа находят, умножив увеличение объектива на
увеличение окуляра
Разрешение микроскопа - величина, обратная минимальному расстоянию
между двумя точками в образце, при котором эти точки видны отдельно
d
2 n sin
(14)
где λ- длина волны света в воздухе ,
n – показатель преломления среды между
объективом и изучаемым объектом,
Θ так называемый апертурный угол.

19.

Апертурный угол - угол между двумя крайними лучами конического
светового пучка, выходящего из точки рассматриваемого предмета и
попадающего в объектив.
Апертура объектива, равна
A n sin
2
(15)
полезное увеличение - (при котором глаз
различает все элементы структуры
объекта, разрешимые микроскопом)
Рис.17