Потери света в оптическом приборе

Для определения коэффициента - пропускной способности оптического прибора, рассмотрим причины, вызывающие потери света при прохождении через оптическую систему.

1) На границах преломляющих поверхностей часть света отражается и не участвует в образовании изображения. Кроме того, многократные отражения от отражающих поверхностей вызывают засветку в плоскости изображения.

Для вычисления потерь света при отражении от преломляющих поверхностей применяется формула Френеля, которая при малых углах падения света на преломляющие поверхности имеет вид:

,

где - световой поток, падающий на преломляющую поверхность, и - показатели преломления сред, разделяемых преломляющей поверхностью.

Коэффициент пропускания , для одной поверхности определяется формулой

Если преломляющая поверхность граничит с воздухом, то формула еще упрощается и имеет вид

Для стекол с показателем преломлением , находящихся в пределах от 1.5 – 1.57 (кроны) можно приближенно считать , для в пределах 1.57 до 1.65 - .

Если две поверхности склеены канадским бальзамом или бальзамином, так как коэффициент преломления склеивающего вещества близок к 1.5, потери на отражения в месте склейки будут ничтожно малыми и в расчет не принимаются.

Для уменьшения потерь света, при отражении от преломляющих поверхностей используется просветление оптики, состоящее в том, что преломляющая поверхность покрывается тонким прозрачным слоем вещества с показателем преломления:

.

Световые потоки, отраженные от двух поверхностей слоя, вследствии интерференции, взаимно поглащается.

Толщина слоя для этой цели должна быть равна четверти длины волны, т.е. . Т.к. по закону сохранения энергии она не может исчезнуть, то весь поток претерпевает преломление.

Для монохроматического света просветленная оптика может практически дать отсутствие отражения на преломляющих поверхностях при нормальном падении света на них (или под определенным углом). Другие углы падения вызывают изменение длины хода луча в пленке и, следовательно, изменение разности хода интерферирующих пучков, что ведет к появлению отражения.

Для белого света для каждой длины волны толщина пленки должна быть своей. Следовательно, минимум интерференции наблюдается только для одной длины волны, другие длины волн частично отражаются, и отраженный свет приобретает окраску. Поэтому просветленная оптика называется «голубой».

В промышленности используется три способа просветления:

• химический – травлением преломляющей поверхности водными растворами солей;
• физический – нанесением на поверхность стекла фторидов;
• метод гидролизации – обработка поверхности стекла фторокремневой кислотой. На поверхность стекла может быть нанесено несколько слоев, этим способом удается снизить потери до 1% при отражении от одной поверхности.

2) Поглощение и рассеивание света в массе стекла.

Пусть - световой поток, прошедший через входную поверхность оптической детали (рис. 5.9.1). Световой поток , прошедший путь внутри стекла, становится меньше , вследствие поглощения. Придадим малое приращение , тогда изменение светового потока на этом пути будет равно

,

где - коэффициент пропорциональности.

Преобразуем эту формулу:

и проинтегрируем ее на всем пути d.

;

или

Для исключения неопределенной постоянной C перейдем к начальным условиям:

При . Тогда .

Это позволяет исключить из формулы неопределенную постоянную интегрирования:

Для удобства пользования полученной формулой произведем замену, введя постоянный коэффициент , тогда .

Коэффициент пропускания будет равен .

Коэффициент пропускной способности стекла зависит от категории стекла по светопоглащению.

При приблизительных подсчетах принимают , измеряется в сантиметрах.

Коэффициент пропускной способности зеркал зависит от покрытия зеркал, нанесения закрепляющей пленки, давности нанесения покрытия, наличия просветления зеркал. В среднем значение принимают равным:

; ; ,

где - число серебряных отражающих поверхностей,

- число алюминиевых отражающих поверхностей,

- число серебряных и алюминиевых просветленных поверхностей.

Общая формула пропускной способности имеет вид:

.

Дата добавления: 2015-06-04