Волновая оптика. Свет как электромагнитные волны. Некогерентность обычных источников света
Элементы геометрической оптики. Законы отражения и преломления света. C=3*108м/с – скорость света в вакууме υ = C/n, где n – абсолютный показатель преломления среды Т.к. υ≤C, то n≥1 В вакууме υ=с; n=1. n↑ - оптически более плотная среда, - υ↓ α γ
n1; υ1=C/n1 n2; υ2=C/n2
β -α= γ -sinα/sinβ= υ1/υ2= C/n1*n2/C = n2/n1 -если n1<n2; sinβ<sinα à β<α
Полное внутреннее отражение. Понятие о волоконной оптике и ее применение в медицине 1 α γ 2
3 3 3 преломленного - нет β
n1>n2 α↑àβ↑ sinα/sinβ=n2/n1 β>α -если α= α пред, то β=900 -если α> α пред, то β – отсутствует Полное внутреннее отражение – это явление, в котором отсутствует преломленный луч, и свет полностью отражается от границы раздела. Луч во вторую среду не проходит. Первая среда должна быть оптически более плотной. Найдем αпред sinα пред /sinβ= π/2 = sinα пред /sin900 = sinα пред /1 = n2/n1 sinα пред = n2/n1 α пред = arcsin n2/n1 Явление полного отражения используется в волоконной оптике. Волоконная оптика – это раздел оптики, в котором рассматривается передача света и изображения по светопроводам и волноводам оптического диапазона, в частности по многожильным световодам и пучкам гибких волокон. Волоконно-оптическая связь - это вид связи, при котором информация передается по оптическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Оптическое волокно считается одной из самых совершенных физических сред для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших объемов информации (в основном потоковой) на большие расстояния. Оптоволокно обладает отличными физическими характеристиками, очень высокой устойчивостью к электромагнитным и радиочастотным помехам. Оптоволокно классифицируется на одномодовое и многомодовое. Термин "одномодовый" означает, что тонкая сердцевина световода может передавать только один световой несущий сигнал. Одномодовое оптоволокно передает свет только с одной модой, но в результате сигнал может передаваться на большие расстояния без повторителей - устройств для ретрансляции и усиления сигнала. Проблема в том, что как само одномодовое оптоволокно, так и электронные компоненты для передачи и приема света стоят дороже, чем для многомодового. Пропускная способность одномодового оптоволокна превышает 10 Гбит/с. Многомодовое оптоволокно может передавать несколько мод (независимых световых путей) с различными длинами волн или фазами. Однако больший диаметр сердцевины приводит к тому, что вероятность отражения света от внешней поверхности сердцевины повышается, а это чревато уменьшением пропускной способности и максимального расстояния между повторителями. Грубо оценивая, максимальная пропускная способность многомодового оптоволокна составляет около 2,5 Гбит/с.
n2
n1 Оптические линзы. Основные определения Линзы – прозрачные, пропускающие свет тела, ограниченные криволинейными поверхностями (n линзы ≠ nотр среды). Различают по конструкции: -сферические -цилиндрические По характеру действия: -собирающие -рассеивающие Собирающие линзы – преобразующие параллельный пучок света в сходящийся. Рассеивающие линзы – преобразующие параллельный пучок света в расходящийся. Линза определенной конструкции м/б как собирающей, та ки рассеивающей, в зависимости от n линзы и n окружающей среды.
O F F 1/F=D 1дптр= m-1
Построение изображения в линзах
т. P – является изображением. т. P` – действительное изображение т.Р, если она образована пересечением самих лучей, сходящихся в ней, после преломления в линзе. т. Р`` - мнимое изображение т.Р, если она образована пересечением продолжения луча в обратную сторону. N`
N O P` F P F
P` - мнимое; увеличенное d<F
Оптическая система глаза Оптическая система глаза содержит: -Светопреломляющие среды (роговица (1); водянистая влага впереди камеры (2); хрусталик (3); стекловидное тело (4)) -Световоспринимающие среды – на ней образуется изображение предмета (сетчатка (5)) Для построения изображения предмета пользуются приведенным глазом, который рассматривает все преломляющие среды, как однородную сферическую собирающую линзу с показателем преломления n=1.4.
1 2 3 О 4 F 5
6.8 мм 16мм 0.6мм
23.4 мм F=16мм=0,016м D=1/F=1/0.016=62.5 дптр
N
β O P` P 2F F F 2F N`
d F P` - действительное; уменьшенное; перевернутое P`N`/f=PN/d=tgβ P`N`=f*tgβ Для глаза: f=const Угол β – угол зрения – это угол м/у лучами идущими от крайних точек предмета ч/з оптический центр. У каждого человека есть β – минимальное. В норме βmin=1 мин=1`. Острота зрения – м/т рассматриваться как способность и как величина. -это способность видеть раздельно 2 близкие точки предмета (разрешающая способность глаза) -как величина – это βmin нормы/βmin данного человека = 1` - острота зрения.
Аккомодация (приспособление) 1/d+1/f=1/F, для человека f=const; меняется лишь фокусное расстояние F. Процесс изменения фокусного расстояния глаза для четкого видения предмета на разных расстояниях осуществляется путем изменения кривизны хрусталика, происходи рефлекторно и без участия сознания. Без аккомодации изображение попадает на сетчатку. dmin – предел аккомодации.
Волновая оптика. Свет как электромагнитные волны. Некогерентность обычных источников света
λ радио ИК ВИД УФ Re γ ν Волновая оптика – это часть теории электромагнитных волн Максвелла. Свет, в узком смысле – это то же, что и видимое излучение, т.е. ЭМ волны в интервале частот воспринимаемых человеческим глазом; причем различие в частоте воспринимается как различие в цвете от красного до фиолетового. Свет, в широком смысле – это то же, что и оптическое излучение, которое включает в себя кроме видимого еще и ИФК и УФ. В ЭМ волне колеблются векторы: E – вектор напряженности Э.П. H – вектор напряженности М.П. Т.к. фотохимическая, физиологическая и ряд других действий света, вызываются колебаниями вектора E, то его называют световым вектором. Уравнение плоской гармонической волны вектора Е: E= Emax * sinW(t-x/υ), где Emax – амплитуда; W – циклическая частота 2πν; t – время; x – координаты точки на линии распространения волны; υ – скорость волны в среде (υ=с/n). Отметим, что в этом уравнении есть уравнение волны, излучаемой одним отдельным атомом источника света. Свет от источника – это есть наложение огромного числа ЭМ волн, изучаемых атомами макроисточника света (свет тела). В обычных (за исключением лазеров), источниках света, атомы излучают несогласованно (с разными фазами/частотами), вследствие чего условие когерентности (постоянства во времени разности фаз, разными частотами) не выполняется. Поэтому говорят, что обычные источники света некогерентны.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (611)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |