|
|
|
ЗЕРКАЛАЗеркало — это самый старый оптический инструмент из всех когда-либо разработанных или использованных. При прохождении света из одной среды в другую всегда происходит его отражение. При изготовлении зеркал на переднюю (лицевую) или заднюю поверхности стеклянной пластины с двумя параллельными плоскостями или на подложку любой формы наносится однослойное или многослойное отражающее покрытие. зеркала с лицевой отражающей поверхностью обычно более четкие. В зеркалах с задней отражающей поверхностью свету приходится проходить через пластину, коэффициент преломления той обычно отличается от преломления во внешней среде. При рассмотрении зеркал с задней отражающей поверхностью необходимо учитывать несколько явлений. Во-первых, из-за того, что пластина обладает коэффициентом преломления п, отражающая поверхность кажется ближе (рис. 4.9). Виртуальная (кажущаяся) толщина зеркала d для небольших углов в] может быть найдена при помощи простой формулы:
Во-вторых, передняя плоскость зеркала с задней отражающей
поверхностью может также отражать нето количество света, что называется
паразитным отражением. к примеру, стеклянная пластина отражает около 4% видимого
света. В дополнение к этому материал пластины может обладать достаточно высокой
поглощающей способностью на рабочей длине волны. Поэтому если зеркало
предназначено для работы в дальнем И К спектральном диапазоне, одну из его
поверхностей необходимо металлизировать, а подложку рекомендуется изготавливать из
ZnSe или других материалов, прозрачных для излучения больших длин волн. Такие
материалы, как Si или Ge, обладают слишком сильной отражающей способностью, что
затрудняет их использование для производства зеркал с задней отражающей
поверхностью.
В качестве отражающих покрытий, наносимых на поверхности
зеркал, работающих в видимом и ближнем ИК диапазонах, применяются серебро,
алюминий, хром и родий. Для устройств, используемых в дальней ИК области
спектра, лучше всего подходит золото. При выборе соответствующих покрытий можно
реализовать практически любой коэффициент отражения: от 0 до 1 (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Спектральная отражающая способность зеркал с
различными покрытиями
Самые хорошие зеркала, используемые в широком спектральном
диапазоне, изготавливаются на подложках из стекла или сплавленного кварца, на
которые электролитическим способом или методом вакуумного напыления наносятся
отражающие покрытия из чистого металла. Перед нанесением отражающих слоев для
лучшего выравнивания поверхности зеркала иногда формируются вспомогательные
подслои из меди, молибдена или из сплава циркония и меди.
Существует другой тип отражающих устройств, в которых не
требуется нанесения отражательных слоев. Такими отражателями являются призмы,
использующие эффекг полного внутреннего отражения. В таких устройствах угол
полного отражения является функцией коэффициента преломления:
Отражатели данного типа наиболее эффективны в видимом и
ближнем ИК диапазонах спектра, поскольку их коэффициент отражения здесь близок
к единице. На принципе полного внутреннего отражения построены оптические
волоконные линии.
Для получения требуемой траектории луча света отражательным
поверхностям придают необходимую форму. В оптических системах при помощи кривых
зеркал достигается эффект, аналогичный эффекту от линз. К тому же зеркала
обладают рядом преимуществ:
1. Более высоким коэффициентом передачи, особенно в
спектральном диапазоне больших длин волн, где линзы становятся менее эффективными
из-за высоких потерь на поглощение и отражение;
2. Отсутствием искажений на преломляющих поверхностях из-за
дисперсии;
3. Меньшими величиными и весом по сравнению со многими типами
линз.
Рис. 4.11. зеркала с передней отражающей поверхностью: А — сферическое,
Б — параболическое
Сферические зеркала применяются там, где свет необходимо
собрать и сфокусировать (термин фокус произошел от латинского слова,
обозначающего понятие очаг — место сбора всех членов семьи в доме). Однако
сферические зеркала подходят только для случаев параллельных или почти
параллельных лучей света, падающих на поверхность зеркал под углами, близкими к
прямому. Такие зеркала могут искажать отображаемое изображение, что называется
явлением аберрации. На рис. 4.11А отображено сферическое зеркало с центром
кривизны в точке С. Точка фокуса расположена на расстоянии, равном половине
радиуса от поверхности зеркала. Сферическое зеркало обладает астигматизмом; это
означает, что все непараксиальные лучи света будут фокусироваться за пределами
фокальной точки. Тем не менее такие зеркала нашли широкое применение в
детекторах, где не требуется высокого качества отображения, к примеру, в ИК
датчиках движения, подробно рассматриваемых в сайте 6.5 главы 6.
Параболические зеркала применяются для фокусировки
непараксиальных лучей света. При таком использовании все отраженные лучи
попадают в фокальную область, как отображено на рис. 4.11Б.
ЛИНЗЫ Слово «линза» произошло от латинского названия чечевицы, поскольку ее семена — плоские и круглые, выгнутые наружу с двух сторон — напоминают форму выпуклой линзы. В датчиках и детекторах линзы применяются для изменения направления световых лучей. На рис. 4.12 отображена плосковыпуклая линза, одна поверхность той является плоской, а вторая — сферической. Такая линза имеет два фокуса: F и F', расположенные от нее на равном расстоянии — /и +/ Когда лучи света от объекта G попадают на линзу, они по закону Снелла меняют свое направление. 
Рис. 4.12. Геометрия плосковыпуклой линзы
Для определения величины и положения изображения, полученного
при помощи линзы надо провести два луча: один — параллельно оптической оси,
которая проходит через центр кривизны сферы, другой — через точку фокуса F. После выхода из линзы первый луч проходит через точку фокуса, а второй — параллельно
оптической оси. Для тонкой линзы, радиус кривизны той
намного больше толщины линзы, фокусное расстояние/находится
из следующего выражения:
(4.24)
где г] и r2 — радиусы кривизны линзы. Изображение G
формируется на расстоянии b от линзы в перевернутом виде. Это расстояние можно
определить из уравнения для тонкой линзы.
.
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
