Элементы геометрической и электронной оптики

1. Элементы геометрической и электронной оптики

УН-282(3)
Титков Александр

2. Основные законы оптики

Закон прямолинейного
распространения света: свет в
оптически однородной среде
распространяется прямолинейно
Доказательством этого закона является
наличие тени с резкими границами от
непрозрачных предметов при освещении их
точечными источниками света.

3.

Закон независимости
световых пучков: эффект,
производимый отдельным
пучком, не зависит от того,
действуют ли одновременно
остальные пучки или они
устранены.

4.

Закон отражения света:
отраженный луч лежит в одной
плоскости с падающим лучом и
перпендикуляром, проведенным
к границе раздела двух сред в
точке падения; угол отражения
i ´ равен углу падения i :
i ´=i
1
1
1
1

5.

Sini1
n21
Sini 2
Закон преломления света:
луч
падающий, луч преломленный и перпендикуляр,
проведенный к границе раздела в точке падения,
лежат в одной плоскости; отношение синуса угла
падения к синусу угла преломления есть величина
постоянная для данных сред:
Sini1
n21
Sini2
где n21-показатель преломления второй среды
относительно первой

6.

Абсолютным показателем
преломления среды называется
величина п, равная отношению
скорости с электромагнитных
волн в вакууме к их фазовой
скорости v в среде:
n= c ∕ v

7.

По мере приближения угла падения к предельному
интенсивность преломленного луча уменьшается, а
отраженного — растет. Если i1= iпр, то интенсивность
преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность
отраженного равна интенсивности падающего.
Таким образом, при углах падения в пределах от iпр до
90 градусов луч не преломляется, а полностью
отражается в первую среду, причем интенсивности
отраженного и падающего лучей одинаковы. Это
явление называется полным отражением.

8.

Для наблюдения полного отражения можно
использовать стеклянный полуцилиндр с матовой
задней поверхностью. Полуцилиндр закрепляют
на диске так, чтобы середина плоской
поверхности полуцилиндра совпадала с центром
диска. Узкий пучок света от осветителя
направляют снизу на боковую поверхность
полуцилиндра перпендикулярно его
поверхности. На этой поверхности луч не преломляется. На плоской поверхности луч частично
преломляется и частично отражается. Отражение
происходит в соответствии с законом отражения,
а преломление соответствии с законом
преломления.
( Использовать рис.)

9. Линзы. Оптическая сила линзы

Для того чтобы управлять световыми
пучками, т.е. изменять направление
лучей, применяются специальные
приборы, например лупа, микроскоп.
Основной частью этих приборов
является линза.
Линзами называются прозрачные
тела, ограниченные с двух сторон
сферическими поверхностями.

10. Линзы: выпуклые и вогнутые

Линза, у которой края намного
тоньше, чем середина, является
выпуклой
Линза, у которой края толще, чем
середина, является вогнутой

11.

Линзы с более выпуклыми
поверхностями преломляют лучи
сильнее, чем линзы с меньшей
кривизной.

12. Фокус линзы

Прямая АВ, проходящая через центры С1 и С2(рис.)
сферических поверхностей, ограничивающих линзу,
называется оптической осью.
Направив на выпуклую линзу пучок лучей, параллельных
оптической оси линзы, мы увидим, что после преломления в
линзе эти лучи пересекают оптическую ось в одной точке. Эта
точка называется фокусом линзы. У каждой линзы два
фокуса - по одному с каждой стороны линзы. Расстояние от
линзы до ее фокуса называется фокусным расстоянием
линзы и обозначается буквой F.

13. Формула тонкой линзы

1
1 1
1
( N 1)
R R
a b
2
1
, где N-относительный показатель
преломления

14.

15. Основные фотометрические величины и их единицы

Фотометрия- раздел оптики,
занимающийся вопросами
измерения интенсивности света и
его источников.
В фотометрии используются следующие
величины:
Энергетические -характеризуют
энергетические параметры оптического
излучения безотносительно к его действию на
приёмники излучения.
Световые - характеризуют физиологические
действия света и оценивают по воздействию на
глаз или другие приёмники излучения.

16. Энергетические величины

Поток излучения Фе –величина,
равная отношению энергии W
излучения ко времени t, за которое это
излучение произошло:
Единица потока излучения – ватт (Вт)
Фе = W ∕ t

17.

Энергетическая светимость
(излучательность) Re – величина,
равная отношению потока излучения
Фе, испускаемого поверхностью, к
площади S сечения, сквозь которое
этот поток проходит.
Единица энергетической светимости –
ватт на метр в квадрате (Вт ⁄ м)
Re = Фе ∕ S

18.

Энергетическая сила света (сила
излучения) Ie – величина равная
отношению потока излучения Фе источника
к телесному углу ω, в пределах которого это
излучение распространяется.
Единица энергетической силы света – ватт на
стерадиан
Ie = Фе ∕ ω

19.

Энергетическая яркость (лучистость)
Ве – величина, равная отношению
энергетической силы света ΔIе элемента
излучающей поверхности к площади ΔS
проекции этого элемента на плоскость,
перпендикулярную направлению
наблюдения.
Единица энергетической яркости – ватт на
стерадиан-метр в квадрате (Вт ⁄ (ср∙м)
Ве = ΔIe ∕ ΔS

20.

Энергетическая освещенность
(облученность) Ее характеризует
величину потока излучения,
падающего на единицу освещаемой
поверхности. Единица
энергетической освещенности
совпадает с единицей
энергетической светимости (Вт ⁄ м)

21. Световые величины

Основной световой единицей в СИ
является единица силы света – кандела
(кд).
Определение световых единиц аналогично
энергетическим.

22.

Световой поток Ф определяется как
мощность оптического излучения по
вызываемому им световому
ощущению (по его действию на
селективный приемник света с
заданной спектральной
чувствительностью.
Единица светового потока – люмен
(лм):
1 лм – световой поток, испускаемый
точечным источником силой света в 1
кд внутри телесного угла в 1 ср.

23.

Светимость R определяется
соотношением:
R= Ф ∕ S
Единица светимости – люмен на метр
в квадрате ( лм ⁄ м)

24.

Яркость Вφ светящейся
поверхности в некотором
направлении φ есть величина,
равная отношению силы света I в
этом направлении к площади S
проекции светящейся поверхности
на плоскость, перпендикулярную
данному направлению:
Bφ =I ⁄ S∙cos φ

25.

Освещенность Е – величина, равная
отношению светового потока Ф,
падающего на поверхность, к
площади S этой поверхности:
Е=Ф ∕ S
Единица освещенности – люкс (лк).