Описание установки.

Источником оптического излучения с линейчатым спектром служит ртутная лампа 1 (рис.3). Коллиматор 2 (собирающая линза, установленная на расстоянии, равном фокусному, от входной щели S) формирует параллельный пучок света, который падает на дифракционную решетку 3.

Дифракционная решетка установлена на столике гониометра 4, так что её штрихи расположены вертикально, а плоскость перпендикулярна оси коллиматора. Продифрагировавшее не решетке излучение попадает в зрительную трубу 5, имеющую визир в фокальной плоскости объектива. Наблюдая в окуляр 6 спектральную линию, совмещают её с визиром, поворачивая для этого подвижную часть столика вместе с укрепленной на ней зрительной трубой. Измерение углов дифракции производится по лимбу 7 гониометра.

Порядок выполнения работы.

1. Включить лампу и убедиться, что входная щель ярко освещена. При этом в окуляр должна наблюдаться симметричная картина спектральных линий, и в середине - изображение щели нулевого порядка светло-голубого цвета (рис. 2).

2. Сфокусировать окуляр так, чтобы изображения спектральных линий и визира были чёткими. Для повышения точности измерений установить ширину входной щели такой, чтобы линии были узкими, но при этом достаточно интенсивными.

3. Повернув подвижную часть столика со зрительной трубой, совместить визир с заданной спектральной линией в первом порядке справа и определить значение угла по круговой шкале гониометра с помощью нониуса. Затем проделать то же самое, настроив зрительную трубу на ту же линию в первом порядке слева. Записать результаты измерений в таблицу 1.

Таблица 1

Фиолетовая линия	Порядок спектра	Измерение	Отсчет угла		2			sin 	
			k	k
	k = 1	1 2 3
	Среднее

4. Провести аналогичные измерения для спектров второго и третьего порядков.

Аналогичные таблицы составить для зеленой, желтой и красной спектральных линий излучения ртути.

5. Определить удвоенный угол дифракции как разность двух измерений: 2 = _k - _-k. Найти среднее значение угла 2 для каждого порядка дифракции.

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

7. Вычислить погрешность измерения  (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 точких₁ и х₂ (рис. 2), для которых провал в интенсивности J между центральными максимумами, наблюдаемыми на экране, составляет не менее 20% от максимальной интенсивности J₀ . Чем меньше угол , тем ближе находятся точки х₁ и х₂ друг к другу, тем больше разрешающая способность объектива.

Линейная разрешающая способность характеризует минимальное расстояние d между разрешенными точками изображения.

Величины  и d связаны друг с другом соотношением

,

где F - фокусное расстояние объектива.

Разрешающая способность идеального объектива определяется только дифракцией. В этом случае разрешаются по Релею два удаленных точечных объекта, угловое расстояние между которыми

,

где - диаметр объектива;  - длина волны.