GEOMETRINĖS OPTIKOS PAGRINDAI

Σχετικά έγγραφα
Matematika 1 4 dalis

06 Geometrin e optika 1

I dalis KLAUSIMŲ SU PASIRENKAMUOJU ATSAKYMU TEISINGI ATSAKYMAI

Spalvos. Šviesa. Šviesos savybės. Grafika ir vizualizavimas. Spalvos. Grafika ir vizualizavimas, VDU, Spalvos 1

Kodėl mikroskopija? Optinė mikroskopija: įvadas. Žmogaus akis. Žmogaus akis. Žmogaus akis. Vaizdo formavimasis žmogaus akyje

XI. MIKROSKOPAI OPTINĖS SISTEMOS. XI. Mikroskopai. sites.google.com/site/optinessistemos/ 2016 pavasario semestras

I.4. Laisvasis kūnų kritimas

Dviejų kintamųjų funkcijos dalinės išvestinės

Elektronų ir skylučių statistika puslaidininkiuose

15 darbas ŠVIESOS DIFRAKCIJOS TYRIMAS

X galioja nelygyb f ( x1) f ( x2)

1 TIES ES IR PLOK TUMOS

VI SKYRIUS VI SKYRIUS OPTINĖ HOLOGRAFIJA

Matematika 1 3 dalis

LIETUVOS JAUNŲ J Ų MATEMATIKŲ MOKYKLA

Elektroninio mikroskopo tyrimas

OPTINIŲ TELESKOPŲ PERSPEKTYVOS

XXXVII TARPTAUTINĖ FIZIKOS OLIMPIADA 2006 m. liepos 8 17 d., Singapūras

Vilniaus universitetas. Edmundas Gaigalas A L G E B R O S UŽDUOTYS IR REKOMENDACIJOS

2015 M. MATEMATIKOS VALSTYBINIO BRANDOS EGZAMINO UŽDUOTIES VERTINIMO INSTRUKCIJA Pagrindinė sesija. I dalis

Analizės uždavinynas. Vytautas Kazakevičius m. lapkričio 1 d.

Papildomo ugdymo mokykla Fizikos olimpas. Mechanika Dinamika 1. (Paskaitų konspektas) 2009 m. sausio d. Prof.

Įžanginių paskaitų medžiaga iš knygos

ŠVIESOS SKLIDIMAS IZOTROPINĖSE TERPĖSE

04 Elektromagnetinės bangos

MATEMATINĖ LOGIKA. Įžanginių paskaitų medžiaga iš knygos

ŠVIESOS SKLIDIMAS. FOTOMETRIJA. LĘŠIAI IR OPTINIAI PRIETAISAI. ŠVIESOS BANGINĖS SAVYBĖS

Temos. Intervalinės statistinės eilutės sudarymas. Santykinių dažnių histogramos brėžimas. Imties skaitinių charakteristikų skaičiavimas

2014 M. FIZIKOS VALSTYBINIO BRANDOS EGZAMINO UŽDUOTIES VERTINIMO INSTRUKCIJA Pagrindinė sesija

Gabija Maršalkaitė Motiejus Valiūnas. Astronomijos pratybų užduočių komplektas

PNEUMATIKA - vožtuvai

Rinktiniai informacijos saugos skyriai. 3. Kriptografija ir kriptografijos protokolai: Klasikinė kriptografija

III.Termodinamikos pagrindai

KOMPIUTERINIS PROJEKTAVIMAS

Algoritmai. Vytautas Kazakevičius

5 klasė. - užduotys apie varniuką.

LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS Vandens ūkio ir žemėtvarkos fakultetas Fizikos katedra. Juozas Navickas FIZIKA. I dalis MOKOMOJI KNYGA

ANALIZINĖ GEOMETRIJA III skyrius (Medžiaga virtualiajam kursui)

Ląstelės biologija. Laboratorinis darbas. Mikroskopavimas

Matematinės analizės konspektai

KAIP VYKSTA FOTOSENSIBILIZACIJA BIOLOGINĖSE SISTEMOSE?

2.5. KLASIKINĖS TOLYDŽIŲ FUNKCIJŲ TEOREMOS

KURKIME ATEITĮ DRAUGE! FIZ 414 APLINKOS FIZIKA. Laboratorinis darbas SAULĖS ELEMENTO TYRIMAS

AVIACINĖS RADIOLOKACINĖS SISTEMOS

EUROPOS CENTRINIS BANKAS

Taikomoji branduolio fizika

FDMGEO4: Antros eilės kreivės I

EKONOMETRIJA 1 (Regresinė analizė)

4.1 Skaliarinė sandauga erdvėje R n Tarkime, kad duota vektorinė erdvė R n. Priminsime, kad šios erdvės elementai yra vektoriai vektoriu

Įvadas į laboratorinius darbus

JACKODUR XPS POLISTIRENINĖS PLOKŠTĖS GAMYBAI

MECHANINIS DARBAS, GALIA, ENERGIJA. TVERMĖS DĖSNIAI MECHANIKOJE. HIDRODINAMIKA

Ištirti dujų spinduliuotės spektrų ypatumus ir spalvoto tirpalo šviesos sugertį.

Molekulių energijos lygmenys Atomų Spektrai

Matematinės analizės egzamino klausimai MIF 1 kursas, Bioinformatika, 1 semestras,

Fizika. doc. dr. Vytautas Stankus. Fizikos katedra Matematikos ir gamtos mokslų fakultetas Kauno Technologijos Universitetas

Specialieji analizės skyriai

Balniniai vožtuvai (PN 16) VRG 2 dviejų eigų vožtuvas, išorinis sriegis VRG 3 trijų eigų vožtuvas, išorinis sriegis

LIETUVOS RESPUBLIKOS ÐVIETIMO IR MOKSLO MINISTERIJA NACIONALINIS EGZAMINØ CENTRAS 2014 METŲ MATEMATIKOS VALSTYBINIO BRANDOS EGZAMINO REZULTATŲ

1 Tada teigini Ne visi šie vaikinai yra studentai galima išreikšti formule. 2 Ta pati teigini galima užrašyti ir taip. 3 Formulė U&B C reiškia, kad

Skysčiai ir kietos medžiagos

KOMPTONO EFEKTO TYRIMAS

JONAS DUMČIUS TRUMPA ISTORINĖ GRAIKŲ KALBOS GRAMATIKA

. (2 taškai) (1 taškas) . (2 taškai) . (2) (2 taškai)

Specialieji analizės skyriai

Atomų sąveikos molekulėje rūšys (joninis ir kovalentinis ryšys). Molekulė mažiausia medžiagos dalelė, turinti esmines medžiagos chemines savybes.

1. Įvadas. Laisvųjų dalelių kvantinės mechanikos elementai

SIGNALAI TELEKOMUNIKACIJŲ SISTEMOSE

Kompiuterinė lazerių fizika. Viktorija Pyragaitė

Vilniaus universitetas Matematikos ir informatikos fakultetas Informatikos katedra. Gintaras Skersys. Mokymo priemonė

t. y. =. Iš čia seka, kad trikampiai BPQ ir BAC yra panašūs, o jų D 1 pav.

Integriniai diodai. Tokio integrinio diodo tiesiogin įtampa mažai priklauso nuo per jį tekančios srov s. ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009

Balniniai vožtuvai (PN 16) VRB 2 dviejų angų, vidiniai ir išoriniai sriegiai VRB 3 trijų angų, vidiniai ir išoriniai sriegiai

Kai kurios uþdaviniø sprendimo formulës. Tolygiai kintamo judesio (veikia pastovios iðorinës jëgos): Greitis (apibrëþiamas taip pat)

1 Įvadas Neišspręstos problemos Dalumas Dalyba su liekana Dalumo požymiai... 3

Statistinė termodinamika. Boltzmann o pasiskirstymas

KADETAS (VII ir VIII klasės)

Su pertrūkiais dirbančių elektrinių skverbtis ir integracijos į Lietuvos elektros energetikos sistemą problemos

SiStemoS informacija

1. Individualios užduotys:

1.4. Rungės ir Kuto metodas

RADIONAVIGACINĖS SISTEMOS IR ĮRANGA

Paprastosios DIFERENCIALINĖS LYGTYS

Vilniaus universitetas Gamtos mokslų fakultetas Kartografijos centras. Giedrė Beconytė. Mokomoji knyga geomokslų specialybių studentams

1 teorinė eksperimento užduotis

Vilius Stakėnas. Kodavimo teorija. Paskaitu. kursas

Stiklo pluošto laikikliai - gali būti sprendimas langams/durims tvirtinti šiltinimo sluoksnyje

LIETUVOS RESPUBLIKOS ŠVIETIMO IR MOKSLO MINISTERIJA NACIONALINIS EGZAMINU CENTRAS MATEMATIKA m. valstybinio brandos egzamino uþduotis

Taikomieji optimizavimo metodai

VERTINIMO INSTRUKCIJA 2008 m. valstybinis brandos egzaminas Pakartotinë sesija

Praeita paskaita. Grafika ir vizualizavimas Atkirtimai dvimatėje erdvėje. Praeita paskaita. 2D Transformacijos. Grafika ir vizualizavimas, VDU, 2010

Paprastosios DIFERENCIALINĖS LYGTYS

LIBS. Parengė: Kazimieras Jankauskas IV k, TF

Diskrečioji matematika

MAŽYLIS (III ir IV klasės)

2009 m. matematikos valstybinio brandos egzamino VERTINIMO INSTRUKCIJA Pagrindinė sesija 1 6 uždavinių atsakymai

KLASIKIN E MECHANIKA

ELEKTRINIS KIETŲJŲ KŪNŲ LAIDUMAS

Riebalų rūgščių biosintezė

APLINKOS RADIACINIO FONO MATAVIMAS DOZIMETRAIS

Transcript:

OPTINĖS SISTEMOS GEOMETRINĖS OPTIKOS PAGRINDAI sites.google.com/site/optinessistemos/ I. ĮVADAS Ženklai geometrinėje optikoje LABAI SVARBU!

Fizikinė optika ir geometrinė optika Fizikinė optika - bangų optika, pilnai aprašoma remiantis elektrodinamikos dėsniais, Maksvelo lygtimis. Geometrinė optika supaprastintas fizikinės optikos modelis. Plokščias bangos frontas: Plokščiam paviršiuje bangos fazė yra pastovi. Bėgant laikui bangos fronto paviršius nekinta: jis yra sklidimo invariantas. Sferinis bangos frontas: Bangos fazė yra pastovi sferiniame paviršiuje. Bėgant laikui, paviršius plečiasi (bet išlaikomas energijos tvermės dėsnis Spinduliai yra: Bangos fronto paviršiaus normalės. Šviesos dalelių skidimo trajektorijos. Sferinė ir plokščia banga Diverguojanti sferinė banga Konverguojanti sferinė banga Taškinis šaltinis Taškinis atvaizdas Sferinė banga plokščia banga Taškinis šaltinis begalybėje

Geometrinė optika yra paremta šiomis prielaidomis ir supaprastinimais: Spinduliai sklinda tiesiomis trajektorijomis (neatsižvelgiama į difrakcijos reiškinį). Spinduliai neneša fazinės informacijos (persiklojus spinduliams, interferencija nevyksta). Spindulių sklidimo trajektorija yra apgręžiama (apgražos principas): jei žinomas spindulio kelias nuo objekto link atvaizdo, pakeitus spindulio sklidimo kryptį (nuo atvaizdo link objekto) spindulys sklis tuo pačiu keliu. Modelis galioja tik tada, kai nagrinėjami atstumai yra pakankamai dideli lyginant su bangos ilgiu ~ 100 λ. Negalioja židinio aplinkoje, ties šaltiniu, ties diafragmos ar šešėlio kraštu. Optinio kelio ilgis yra pastovus: Spinduliams galioja Snelijaus ir atspindžio dėsniai Spinduliuotės intensyvumas (apšvietimas) gali būti nagrinėjamas kaip spindulių tankis Ideali optinė sistema Krintanti šviesa Kiekvienas objekto Kurios idealiu atveju elementas virs kuria konverguojančiom diverguojančias atvaizdo erdvėje sferines bangas Kiekvienas objekto taškas (objekto erdvėje) idealiu atveju bus atvaizduotas į atskirą tašką atvaizdo erdvėje. Sakoma, kad objektas ir atvaizdas yra konjuguoti (sujungtiniai). Ar būna idealių optinių sistemų? Ne. Tačiau galima rasti kompromisų.

Tobulas atvaizdavimas taškinio šaltinio begalybėje Židinys ties F Parabolinis veidrodis

Tobulas atvaizdavimas taškinio šaltinio į begalybę Židinys Parabolinis veidrodis Apibendrinimas: tobulos sistemos

Fokusavimas - plokščio fronto virtimas į sferinį Bangos ekvifaziniai paviršiai yra nutolę per λ ore ir per λ/n dielektrinėje medžiagoje. Bangos fronte nėra trūkių ties sąveikos paviršiumi. Šviesos lūžimas ties kreivu paviršiumi iškreipia fronto kreivumą. Elipsės formos laužiantysis paviršius geba pilnai transformuoti plokščią bangos frontą, sklindantį išilgai optinės ašies, sferiniu. tobulas fokusavimasis (geometrinės optikos artiniu). Jei naudotumėme bet kokį kitą paviršių ar banga sklistų neišilgai optinės ašies, gautumėme ne idealiai sferinį bangos frontą. Fokusavimas bus neidealus aberuotas. Tobulas atvaizdavimas Paprasčiausias atvaizdavimo sistemos tikslas transformuoti diverguojančią sferinę bangą į konverguojančią, t.y. taškinį šaltinį atvaizduoti į taškinį atvaizdą. Idealus atvaizduojantis elementas gali būti asferinis (graik ne sfera ) lęšis. Jis idealiai atvaizduoja tam tikru atstumu esantį taškinį objektą esantį ant optinės ašies. Tokius elementus pagaminti yra sunku, todėl paprastai naudojami sferiniai paviršiai.

Atvaizdavimas sferiniu paviršiumi Gaunamas netobulas, aberuotas atvaizdas, nes konverguojantys spinduliai negali susirinkti viename taške. Šiuo atveju stebime sferinę aberaciją. Paraksialinė optika Sfera: Elipsoidas: Identiška sritis Hiperboloidas: Paraboloidas: Visus šiuos paviršius galima išskleisti Teiloro eilute: Taigi kai x yra pakankamai mažas lyginant su r, visus šiuos paviršius galima aprašyti vienu paviršiumi: pvz. sfera.

Paraksialinė optika Jei sau užsiduodame sąlygas, kad 3 5 x x sin x x...; 3! 6! 3 5 x 2x tan x x...; 3 15 2 4 x x cos x 1...; 2! 4! x yra mažas, kas dar supaprastėja: sin tan Snelijaus dėsnis n 1 n 2 Paraksialinė geometrinė optika = `P`; ` = ` = 0 ( ) Paviršiaus kreivumą mes paisome tik paraksialinio Snelijaus dėsnio artiniu: = ` ` Matematinis nagrinėjimas gerokai suprastėja!

Paraksialinė geometrinė optika Iš trikampių AP`C ir P`A`C seka: = + ; = ; atsimename susitarimą dėl kampų ženklų: < 0; > 0; < 0;, > 0. = ; = ; ( ) = `( ) Paraksialinė geometrinė optika ( ) = ( ) = sin = tan = h = sin = tan = h = sin = tan = h h h h = h = n = K Konjuguota lygtis (sieja atvaizdą su objektu) - laužiamoji geba = 1 kreivumas

= n = K K > 0 paviršius yra teigiamas, konverguojantis; K < 0 paviršius yra neigiamas, diverguojantis; Priklauso nuo kreivumo (c) ir n ir n verčių K [1/m] dioptrija. kai, tada = = antrasis (second, back) židinio nuotolis, teigiamas dydis kai, tada = = pirmasis (first, front) židinio nuotolis, neigiamas dydis = n = K Kai bus su veidrodžiai? Su veidrodžiais Snelijaus dėsnis supaprastėja į K > 0 paviršius yra teigiamas, konverguojantis; K < 0 paviršius yra neigiamas, diverguojantis; Priklauso nuo kreivumo spindulio (c) ir n ir n verčių K [1/m] dioptrija. = (statom į konjuguotą lygtį) = 2 = K + = 2 = kai, tada = = 1 2 = 2 K > 0 glaudžiantis veidrodis K < 0 sklaidantis veidrodis K = 0 plokščias veidrodis nepriklauso nuo n

= n = K Plono lęšio samprata n 1; n l 1; l n 1; n 2, µ l 1; l 2 = = + (vienas ant kito) n 1; n 2, µ l 1; l 2 l 2; l n 2; n = = = = lęšio lūžio rodiklis = μ + = + = pirmo paviršiaus atvaizdas antro paviršiaus objektas Plono lęšio samprata Jei lęšis yra ore, tada n 1 = n 2 = 1 1 1 = ( 1)( ) = Jei objekto ir atvaizdo lūžio rodikliai skiriasi: Plono lęšio formulė Židinio nuotoliai: = 1 = 1 = 1 = 1 Efektyvus židinio nuotolis (atstumas rodo optinį kelio ilgį!) = F ef > 0 glaudžiamas lęšis F ef < 0 sklaidomas lęšis = = čia jau realus kelio ilgis (ne optinis)

Laužiamosios gebos prasmė 1 = 1 + Algebrinis priedas prie fronto kreivumo fronto kreivumas 1/l fronto kreivumas 1/l l l Todėl iš principo galima sudėti kiek norime paviršių: 1 = 1 + + + + bet, mes nagrinėjame paviršius kurie persikloja (plonus), kuo daugiau paviršių, tuo daugiau nukrypstama nuo plono lęšio sampratos Manginio veidrodis lęšis, kurio vienas galas atspindintis = + + = 1 ; = ; = 1. = 2 1 2

Throw Visas atstumas nuo objekto iki atvaizdo T (ang. throw). = + = = + = + 2 = ( + ) 0 koks minimalus T gali būti? = 4 ; = 2 ; = 2 šitą pravartu atsiminti! Plono lęšio formulės ir didinimas ~ ; = ; = ` ~ ; ~ ; ` ` = ; ` = ` ` ` ` ` ` = ; ` ` = = h h = h h = skersinis didinimas didinimas, h < 0, tad jei M < 0 atvaizdas apverstas; M > 0 atvaizdas tiesus, > 1 atvaizdas padidėjęs. Niutono sistemoje: Gauso sistemoje: = veidrodžiui = = 1 = 1 + 1 Jei lęšis ne ore: tada visur reikia keisti: ; ; ;

Plono lęšio formulės ir didinimas = h h = = skersinis didinimas jei ne ore ; Kampinis didinimas kampo santykis tarp dviejų ašinių spindulių (kurie prasideda ir baigiasi ties ašimi) Išilginis didinimas: 1 = 1 + 1 = 0 + = čia, M skersinis didinimas, Δl labai mažas. jei ne ore: ; ; Regimasis didinimas Koks didinimas šiuo atveju (objektas židinio plokštumoje)? Jau apibrėžtas didinimas neturi prasmės, kai objektas ar atvaizdas yra begalybėje, nes jis tiesiog nesiformuoja. Klausimas? Ar mes matysime ką nors jei žiūrėsime su akimi iš kitos lęšio pusės? Atsakymas: TAIP, nes akis yra atskira optinė sistema, kuri suformuos savo vaizdą.

Regimasis didinimas β regimasis objekto kampas AKIS FOKUSUOJA Į F AKIS FOKUSUOJA Į BEGALYBĘ Kuo arčiau akies pridėsime objektą tuo didesnį jį matysime. Doh! Bet labai arti akies pridėti negalima, nes akis jau nebesugebės sufokusuti. Sutarta, kad mažiausias atstumas, kuriame akis (neįsitempusi) geba fokusuoti yra 25 cm. Regimasis didinimas h AKIS FOKUSUOJA Į BEGALYBĘ = ; regimasis didinimas. h β regimasis objekto kampas AKIS FOKUSUOJA AŠTRIAUSIAI = h = h 25 = 25 ; regimasis didinimas, kai akis fokusuoja į begalybę

Regimasis didinimas = 25 + 1; AKIS FOKUSUOJA Į 25cm Maksimaliausias didinimas, kurį galima pasiekti su vienu optiniu lęšiu AKIS FOKUSUOJA AŠTRIAUSIAI Apibendrinimas - plono lęšio vartotojui 1 = 1 + 1 = = Penki nežinomieji: M, l, l, f, T. Užtenka žinoti du bet kuriuos dydžius ir galima susiskaičiuoti visus kitus: = 1 = ( 1) = 1 Veidrodžiui: = 1 = ( 1)( ) + = 2 = = = 2 = K Smith 30 psl. daugiau yra

Skyriai I-III Dalis skaidrių adaptuota iš: http://ocw.mit.edu/courses/mechanical-engineering/2-71-opticsspring-2009/video-lectures/ Uždaviniai Sužymėkite ženklus:

Užduotis (II): I. Jūs turite skaidrių projektorių. Atstumas nuo skaidrės iki ekrano 10 m. Skaidrės aukštis 2 cm, o reikalingas aukštis ekrane 1,6 m. Kokio lęšio mums reikės (tipas, židinio nuotolis)? Kokiu atstumu skaidrė bus nutolusi nuo lęšio? II. Tarkime, kad skaidrė pasislinko 0,1 mm arčiau lęšio. Kiek reikės patraukti ekraną, kad matytumėme vaizdą? Kiek reiktų patraukti lęšį, kad vėl gautumėme aiškų vaizdą ekrane? Skaičiuokit 4 ženklų tikslumu! Užduotis(III): Jums reikia veidrodžio, kuris sukurtų apverstą realų atvaizdą, tris kartus didesnį nei objektas, ir atstumas tarp objekto ir atvaizdo būtų 1 m. Koks turi būti šio veidrodžio kreivumas?

Užduotis (IV) Livenhookas susikonstravo mikroskopą iš vieno lęšio ir jis didino 300x kartų. Koks buvo šio lęšio židinio nuotolis? Įprasta lūpa didina 5x kartus, koks jos židinio nuotolis? Užduotis (V) Įrodykite, kad idealiam fokusavimui reikia hiperboloidinio paviršiaus.