Оптика: Методические указания по лабораторному практикуму, страница 12

6. Определив среднее значение угла дифракции j, для каждой спектральной линии в отдельности рассчитать sin j и l по формуле (2). Постоянная дифракционной решётки d указана на установке.

7. Вычислить погрешность измерения l (как косвенного измерения).

8. Привести окончательное значение длин волн излучения ртути в нанометрах или ангстремах (1Å = 10^-10 м) с указанием их цвета

5. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТИВОВ

Введение. Главная задача любой оптической системы – сформировать правильное изображение объекта. Однако задача эта, строго говоря, невыполнима, так как все оптические системы в той или иной степени несовершенны и дают несколько искаженное изображение. Эти искажения называются аберрациями. Аберрации можно разбить на четыре группы.

К первой относятся погрешности изготовления оптической системы - дефекты полировки, низкое качество стекла, отступление формы поверхности от заданной. Обычно такие аберрации несущественны, так как современная технология изготовления оптических приборов достигла высокой степени совершенства.

Вторая группа погрешностей оптических систем связана с тем, что обычные оптические детали с плоскими и сферическими поверхностями идеально фокусируют только узкие и близкие к оси монохроматические пучки света, составляющие с осью малый угол. Световые же пучки, удаленные от оси или наклоненные к ней под большими углами, образуют искаженное изображение. В тщательно рассчитанных оптических системах этот тип аберрации сведен к минимуму за счет изготовления сложных объективов, представляющих собой набор линз разных сортов стекла с поверхностями различной кривизны. Иногда изготовляются асферические поверхности (параболические, эллиптические и т.д.).

Третью группу входит так называемая хроматическая аберрация, связанная с тем, что оптические стекла имеют показатель преломления, зависящий от длины волны (явление дисперсии). Как следствие фокусное расстояние объектива зависит от длины световой волны, и если для одной длины волны изображение хорошо сфокусировано, то для других длин волн хорошей фокусировки не наблюдается. Этот тип аберрации сводят к минимуму, применяя сложные объективы, состоящие из многих линз.

В четвертую группу аберраций входят искажения изображения, связанные с волновой природой света. Световые волны распространяются прямолинейно лишь в том случае, когда фронт волны ничем не ограничен. Если же на пути света стоят диафрагмы, щели, экраны и другие препятствия, ограничивающие волновой фронт, возникает дифракция – отступления от прямолинейного распространения света, огибание волнами препятствий.

Так как любая оптическая система ограничивает световой пучок, дифракционные искажения свойственны любому оптическому прибору. Таким образом этот тип аберраций носит принципиальный характер и присущ также любому объективу. Если, как это обычно бывает, оправа объектива круглая, то изображение светящейся точки имеет вид круглого пятна, окруженного концентрическими светлыми и темными кольцами (рис. 1).

Таким образом из-за наличия аберраций изображение каждой светящейся точки, образованное объективом, имеет конечные размеры.

Детали изображения, имеющие более мелкую структуру, чем эти размеры, сливаются и становятся неразличимыми или, как говорят, неразрешенными.

Способность объектива создавать раздельные изображения близко расположенных мелких деталей называется разрешающей способностью объектива. За меру угловой разрешающей способности обычно принимают минимальное угловое расстояние а между светящимися точками, которые еще разрешаются объективом. Разрешенными условно считаются точки х₁ и х₂ (рис. 2), для которых провал в интенсивности DJ между центральными максимумами, наблюдаемыми на экране, составляет не менее 20% от максимальной интенсивности J₀ . Чем меньше угол a, тем ближе находятся точки х₁ и х₂ друг к другу, тем больше разрешающая способность объектива.