Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Законы преломления света. Полное внутреннее отражение света. Волоконная оптика и ее использование в медицине.
Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором изучают законы распространения света не учитывая его волновые свойства. Направление распространения представляют в виде световых лучей – линий, вдоль которых распространяется энергия световой волны.
Геометрическая оптика –предельный случай волновой оптики при стремлении длины волны света к нулю.
Законы отражения света:
-
угол падения
равен углу отражения:
;
- падающий и отраженный лучи, и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости.
Законы преломления света:
- падающий и преломленный лучи, и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости;
- отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для заданной пары двух сред.
Полное
внутреннее отражение света
– исчезновение преломленных лучей.
Возникает при углах падения, превышающих
критический угол
– предельный
угол полного внутреннего отражения.
Полное
внутреннее отражение возможно, только
если свет падает из оптически более
плотной в оптически менее плотную среду,
т.е. когда
В медицине оптоволокно используют для освещения светом внутренних полостей и передачи изображения.Примером применения волоконной оптики может служить эндоскоп и волоконный гастроскоп.
В
заключение стоит отметить, что сетчатка
глаза является высокоорганизованный
волоконно-оптической системой, состоящей
из примерно
волокон.
Линза. Формула тонкой линзы. Аберрации линз: сферическая, хроматическая, астигматизм.
Линза – это прозрачное тело,ограниченное с двух сторон криволинейными (сферическими) поверхностями. Главная оптическая ось линзы (ГОО) – прямая, проходящая через центры сферических поверхностей линзы и ее оптический центр. Основное свойство линзы –способность давать изображение.
Виды линз:
- собирающие; после прохождения через линзу лучи отклоняются в сторону ГОО.
- рассеивающие; после прохождения через линзу лучи отклоняются от ГОО.
Тонкая линза – толщина которой намного меньше, чем радиусы кривизны ее поверхностей.Ее формула:
Где
– расстояние от предмета до линзы,
– расстояние от изображения до линзы,
– показатели преломления вещества
линзы,
– радиусы кривизны поверхности линзы.
Формула тонкой линзы справедлива, если:
- изображение формируется тонкими приосевыми (параксиальными) лучами, составляющими небольшие углы с главной оптической осью линзы;
- показатель преломления для всех длин волн света одинаков;
- если эти условия выполняются, то создается точечное изображение(т.е. каждая точка предмета дает одну точку изображения).
Аберрации – это погрешности изображений,даваемых оптическими системами (линзами).
Проявляются в том, что изображения могут быть:
- не вполне отчетливы,
- не точно соответствуют предмету;
- оказываются окрашенными.
Виды аберраций:
-
сферическая;
заключается
в том, что периферические части линзы
сильнее отклоняют лучи, чем центральные.
Фокусы
для лучей света , проходящих через линзу
на разных
расстояниях от ГОО, не совпадают.
Изображение точки при сферической аберрации получается в виде светлого пятна.
Устраняют сферическую аберрацию диафрагмированием и составными линзами:
Диафрагмирование
Составная линза
- хроматическая; обусловлена зависимостью показателя преломления ( ) среды от длины волны падающего света (дисперсии света). При хроматической аберрации положения фокусов для лучей разных длин волн не совпадают, изображение окрашено в радужные кольца.
Устраняют при помощи системы линз из стекол с разной дисперсией (ахроматические дублеты).
- астигматизм; заключается в том, что изображение точкиимеет вид пятна эллиптической формы, которое при некоторых положениях плоскости изображения вырождается в отрезок. Происходит за счет асимметрии оптической системы.
- дисторсия; искажение масштабов (геометрии) изображения. Возникает, если лучи, исходящие от предмета, составляют большие углы с ГОО линзы.