- •Глава 1. Теоретические основы прикладной оптики
- •1.1. Природа света. Волновой и квантовый характер световых явлений
- •1.2. Законы распространения света
- •1.3. Способы определения скорости света
- •1.4. Когерентность [7]
- •1.4.1. Степень когерентности светового пучка
- •1.4.2. Методы измерения пространственной и временной когерентности
- •1.5. Дисперсия света
- •1.6. Интерференция света
- •1.7. Интерференционные линии равной толщины и равного наклона
- •1.8. Интерферометры
- •1.8.1. Интерферометр Линника
- •1.8.2. Интерферометр Рэлея
- •1.8.3. Звездный интерферометр Майкельсона
- •1.8.7. Схема интерферометра Майкельсона
- •1.8.4. Интерферометр Фабри-Перо
- •1.8.5. Интерферометр Жамена
- •1.8.6. Интерферометр Рождественского
- •1.8.7. Использование интерференции света в промышленности
- •1.9. Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля
- •1.10. Дифракция Фраунгофера
- •1.10.1. Дифракция от щели
- •1.10.2. Дифракционная решетка
- •1.10.3. Дифракционная решетка как спектральный прибор
- •1.11. Дифракция на круглом отверстии
- •1.11.1. Зоны Френеля
- •1.11.2. Зонная пластинка
- •1.11.3. Линза как дифракционный прибор
- •1.11.4. Пятно Пуассона
- •1.12. Поляризация света
- •1.12.1. Свет поляризованный и неполяризованный. Закон Малюса
- •1.12.2. Одноосные кристаллы
- •1.12.3. Скрещенные поляризаторы
- •1.12.4. Двойное лучепреломление
- •1.12.5. Поляризаторы
- •1.12.6. Анализ поляризованного света
- •1.12.7. Естественное вращение плоскости поляризации
- •1.12.8. Эффект Зеемана и поляризация
- •1.12.9. Искусственное двойное лучепреломление
- •1.12.10. Магнитное вращение плоскости поляризации
- •1.13. Оптически бесцветное стекло. Марки стекла
- •1.14. Требования к стеклу. Классы и категория стекла
- •1.15. Цветное оптическое стекло. Техническое стекло
- •1.16. Выполнение рабочих чертежей оптических деталей в соответствии с ескд
- •Глава 2. Основные оптические детали
- •2.1. Зеркала
- •2.2. Тонкие линзы
- •2.3. Плоскопараллельная пластинка
- •2.4. Оптический клин
- •2.5. Отражательные призмы
- •2.6. Развертка призм в плоскопараллельную пластинку
- •Для прямоугольной призмы с двумя отражениями
- •2.7. Редуцирование призм. Графоаналитический метод расчета призм
- •2.8. Компенсаторы
- •Глава 3. Основные свойства идеальной оптической системы
- •3.1. Идеальная оптическая система
- •3.2. Линейное и угловое увеличение оптической системы.
- •3.3. Правило знаков
- •3.4. Основные оптические формулы. Построение изображения
- •3.5. Инвариант Аббе
- •3.6. Расчет хода нулевого луча
- •3.7. Отдельная линза в воздухе
- •3.8. Расчет хода нулевого луча через сложную оптическую систему
- •3.9. Оптическая система из двух компонент
- •Положим и выберем произвольно, тогда из формул
- •3.10. Графический способ определения хода нулевого луча
- •3.11. Определение хода действительного луча
- •Глава IV. Общие свойства оптических систем
- •4.1. Основные характеристики оптического прибора
- •4.2. Видимое увеличение
- •4.3. Основные фотометрические понятия
- •4.4. Потери света
- •4.5. Диафрагмы и их значение
- •4.6. Виньетирование
- •4.7. Светосила
- •4.8. Освещенность по полю изображения
- •4.9. Поле зрения
- •4.10. Глубина изображаемого пространства
- •4.11. Глубина резкости
- •4.12. Аберрации оптических систем
- •4.12.1. Классификация аберраций
- •4.12.2. Хроматическая аберрация
- •4.12.3. Сферическая аберрация
- •4.12.4. Астигматизм и кривизна изображения
- •4.12.5. Кома
- •Величина, численно характеризующая кому, равна
- •4.12.6. Дисторсия
- •Глава 5. Теория оптических приборов
- •5.1. Зрачки и люки
- •5.2. Отрезки, определяющие положение зрачков
- •5.3. Передача перспективы оптическими приборами
- •5.4. Основные фотометрические величины
- •Мы имеем
- •5.5. Источники излучения
- •5.6. Приемники световой энергии
- •5.7. Светосила оптического прибора
- •5.8. Светосила оптического прибора с малой передней апертурой и малой задней апертурой
- •5.9. Потери света в оптическом приборе
- •Преобразуем эту формулу
- •5.10. Глаз человека
- •5.11. Видимое увеличение оптического прибора
- •5.12. Глубина резкости фотографического аппарата, лупы и микроскопа
- •5.13. Критерий разрешающей способности оптического прибора
- •5.14. Разрешающая способность зрительных труб и фотографических объективов
- •Глава 6. Теория микроскопа
- •6.1. Оптическая система микроскопа
- •Из формулы
- •6.2. Формулы геометрической теории микроскопа
- •Поэтому
- •6.3. Осветительная система микроскопа
- •6.4. Основы дифракционной теории микроскопа
- •6.5. Разрешающая способность микроскопа
- •Окуляр, в нашем случае, есть лупа, для которой мы имели формулу
- •6.6. Фазовый контраст
- •6.7. Производство современных микроскопов
- •6.7.1. Световые
- •Микроскопы серии dm lm
- •Глава 7. Теория телескопических систем
- •7.1. Телескопические системы
- •Для продольного увеличения была получена формула
- •7.2. Зрительная труба Галилея
- •7.3. Зрительная труба Кеплера
- •7.4. Окуляры и объективы зрительных труб
- •7.5. Зрительные трубы с призменными оборачивающими системами
- •7.6. Зрительные трубы с линзовыми оборачивающими системами
- •7.7. Телескопические системы со скачкообразной переменной увеличения
- •Глава 8. Методы компьютерной оптики
- •8.1. Задачи компьютерной оптики [1,2]
- •8.2. Цифровая голография [3-5]
- •8.2.1. Общая процедура изготовления синтезированной голограммы
- •8.2.2. Получение цифровой голограммы Фурье и ее бинаризация
- •8.2.3. Киноформ
- •8.3. Фазовая проблема в оптике. Cоздание на основе решения обратных задач нового класса оптических элементов [1, 2, 6-9]
- •8.3.1. Извлечение фазовой информации из данных об интенсивности
- •8.3.2. Особенности расчета характеристик фокусаторов и корректоров излучения
- •8.3.3. Дифракционные оптические элементы
- •8.3.4. Создание фокусаторов на основе управляемых зеркал
- •8.4. Фокусировка излучения при наличии случайных помех. Использование методов адаптивной оптики [7-9]
- •8.5. Оптические элементы для анализа и формирования поперечного состава излучения [1]
- •8.6. Цифровая обработка полей в оптических системах [10-13]
- •8.6.1. Виды обработки оптических полей
- •8.6.2. Автоматизированная измерительная система для диагностики структуры лазерных пучков
- •Глава 9. Запись и обработка оптической информации
- •9.1. Общая характеристика оптических систем [1-3]
- •9.2. Однолинзовая система [1-4]
- •9.2.1. Линзы как элементы, выполняющие преобразование Фурье
- •9.2.2. Формирование изображения [1]
- •9.3. Получение изображений в сложных системах [1, 8]
- •9.3.1. Дифракционно-ограниченные системы
- •9.4. Учет аберраций [5]
- •9.5. Голографическая запись информации [2, 6-9]
- •9.5.1. Принцип голографической записи
- •9.5.2. Голограммы Фурье
- •9.6. Оптическая фильтрация и распознавание образов [2,3]
- •9.6.1. Применение системы 4-f
- •9.6.2. Голографический метод синтезирования пространственных фильтров и проблема апостериорной обработки информации
- •9.7. Сопоставление методов когерентной и некогерентной оптики [2]
- •9.8. Характеристики качества изображения [10]
- •Оглавление
6.4. Основы дифракционной теории микроскопа
В микроскопе бывает малым диаметр D0 поля зрения на предмете. Если предмет, обладающий микроскопической структурой, освещается проходящим через него светом, что непрозрачные или сильно поглощающие свет детали структуры действуют подобно дифракионной решетки, вызывая, сильную дифракцию проходящих пучков лучей.
Для рассмотрения этого явления Аббе предложил рассматривать явление дифракции в случае, если предметом для микроскопа служит обычная дифракционная решетка с периодом e .
Пусть решетка освещается монохроматическим пучком лучей, образующих угол 0 с нормалью к решетке. Пройдя решетку, этот пучок лучей распадается на серию параллельных пучков лучей (рис. 6.4.1).
Рис. 6.4.1
Из физической оптике известна зависимость:
,
где S – номер или порядок дифрагированного пучка.
Прямо прошедший через решетку пучок лучей в спектр не разлогается, остальные разлагаются в спектр, т.к. по формуле углы S завист от .
Пусть дифракционная решетка помещена перед объективом микроскопа. Проследим ход двух дучей, исходящих из осевой точки A решетки: S и S+1 порядка (рис. 6.4.2):
Мы имели
Для S+1 порядка:
Разность между ними равна
Рис. 6.4.2
В следствии закона синусов, который предполагается выполним в данном объективе, имеем
Разность между этими выражениями равна
или
Рассмотрим физическую сторону явления. Лучи параллельных пучков, идущих вдоль главных лучей ABS и ABS+1 после выхода из объектива соберутся в фокусах F’S и F’S+1 , лежащих на преломленных лучах F’SA’ и F’S+1A’ .
Рис. 6.4.3
У апертурной дифрагмы возникает изображение источника света (рис. 6.4.3). Благодаря дифракции, вызываемой решеткой, получается целая серия изображений источника света. Все изображения источника света, имеющего форму круглого диска, разложены в спектры, за исключением изображения B0 нулевого порядка.
Дифракционная картина, возникающая у апертурной диафрагмы, называется первичным изображением предмета. Оно совершенно не похоже на предмет, не несет в себе информации о предмете, достаточную для создания похожего изображения. Такое изображение называется вторичным, возникает в плоскости полевой диафрагмы с центром в точке A’ .
Фокусы F’S и F’S+1 можно рассматривать как когерентные источники света (дифракционные изображения одной точки), освещающие плоскость полевой диафрагмы. В плоскости A’P’ лучи интерферируют и здесь возникает периодическая картина – чередование светлых и темных интерференционных полос, которая и воспроизводит с большей или меньшей точностью периодическую структуру решетки, служащей предметом.
Пусть в результате интерференции лучей F’SA’ и F’S+1A’ у точки A’ возникает максимум освещенности, середина светлой интерференционной полосы. Разность хода этих лучей равна
Выше точки A’ обнаруживается сначала падение освещенности, а затем ее возрастание, пусть в точке P’ - ближайший соседний максимум. Тогда e’ = A’P’ - есть ширина интерференционной полосы, которую мы можем рассматривать как изображение периода e решетки:
Для того, чтобы в точках A’ и P’ находилось два соседних максимума, необходимо, чтобы
Тогда
Из точки P’ опустим перпендикуляр P’M на луч F’S+1A’ . Из треугольника F’S+1P’M
Угол мал, так как e’ мало, а F’S+1 - приблизительно равная оптической длине тубуса – велико. Поэтому cos = 1 и F’S+1M= F’S+1P
Из треугольника MP’A' : MA'=e.sin'S+1
Тогда
и
Аналогично получается выражение
Из приведенного ранее выражения
; (***)
Мы имеем
Тогда ;
Полученная формула совпадает с формулой геометрической оптики. Однако, формула эта может быть нарушена. Пусть в плоскости апертурной диафрагмы перекрыты все нечетные спектры при помощи диафрагмы.
Тогда вместо формулы (*) будем иметь
И вместо (**) получим
Что касается формулы (***), то она не изменяется:
Отсюда получаем:
Таким образом, перекрыв спектры первичного изображения через один, мы получаем удвоенную частоту структуры изображения. Вообще говоря, при экранировании некоторых спектров первичного изображения, во вторичном изображении. Вообще говоря, при экранировании некоторых спектров первичного изображения могут возникать так называемые “духи”, т.е. такие структурные детали, которые не соответствуют никакая реальность в строении предмета.