7.Понятие цвет. Цветовые координаты. Аддитивный и субтрактивный способы синтеза цвета. Соотношения для расчёта аддитивного сложения цветов.

цвет — это ощущение, которое получает человек при попадании ему в глаз световых лучей. Одни и те же световые воздействия могут вызвать разные ощущения у разных людей. И для каждого из них цвет будет разным. Понятие «цвет» имеет 2 смысла: оно может относиться как к психологическому ощущению, вызванному отражением света от некого объекта (оранжевый апельсин), так и быть однозначной характеристикой самих источников света (оранжевый свет). Цветовые координаты — количественное описание цветового воздействия в трехмерной системе координат, например (L*, a*, b*) или (X, Y, Z), полностью определяющие цвет любой точки цветовой модели, при соблюдении некоторых стандартизованных условиях рассматривания цвета. сновой математического описания цвета в колориметрии является экспериментально установленный факт, что любой цвет при соблюдении упомянутых условий можно представить в виде смеси (суммы) определённых количеств 3 линейно независимых цветов, т. е. таких цветов, каждый из которых не может быть представлен в виде суммы каких-либо количеств 2 других цветов. Групп (систем) линейно независимых цветов существует бесконечно много, но в колориметрии используются лишь некоторые из них. Три выбранных линейно независимых цвета называют основными цветами; они определяют цветовую координатную систему (ЦКС). При этом 3 числа, описывающие данный цвет, являются количествами основных цветов в смеси, цвет которой зрительно неотличим от данного цвета; это и есть цветовые координаты (ЦК) данного цвета. В системе ХУZ все возможные цвета арсположены внутри спектрального локуса.3 яркостных орта R,G,B образуют вершинами плоскую декартову систему координат.В-начало отсчета цветовых координат. Координата белого цвета Е :х=0,33 у=0,33. Субтрактивный синтез-получение цвета вычитанием отдельных спектральных составляющих из белого цвета. Аддитивный синтез цвета— метод смешения цветов, основанный на сложении аддитивных цветов, то есть цветов непосредственно излучающих объектов. Метод основан на особенностях строения зрительного анализатора человека, в частности на таком явлении как метамерия.

Смешение трех основных аддитивных цветов — красного, зеленого и синего — в определенном соотношении дает белый цвет. Смешивая их также можно воспроизвести любой воспринимаемый человеком цвет. Согласно теории цвета, любой цвет может быть создан из суммы трех любых цветов, каждый из которых не может быть создан сочетанием двух других.

8.Интерференция монохроматического света. Интерференция плоских волн. двух точечных источников. Деление амплитуды. Локализация интерференционных полос. Опыт Поля. Полосы равного наклона. Полосы равной толщины. Кольца Ньютона

9.Интерференция квазимонохроматического света. Временная когерентность. Роль конечных размеров источника света. Пространственная когерентность. Влияние размеров источника на интерференционную картину.

Квазимонохроматическое излучение – это излучение, удовлетворяющее условию

где l - среднее значение длины волны источника, dl - диапазон длин волн.

Аналогичные соотношения можно написать и для частот, и волновых чисел:

.

Волны с различными частотами (длинами волн) не интерферируют, поэтому для

нахождения интерференционной картины необходимо записать распределение

интенсивности для каждой частоты и просуммировать (проинтегрировать) по всем

частотам. Способность двух пучков интерферировать при появлении разности хода называют

временной когерентностью. Максимальная разность хода, при которой возможна

интерференция, называется длиной когерентности lког, а соответствующее время запаздывания – временем когерентности

Длина когерентности

равна длине цуга, а время когерентности – длительности цуга , t. Конечные размеры источника света ведут к размытию или даже полному исчезновению интерференционных полос. Условие исчезновения интерференционной картины – отсутствие когерентности – определяется длиной цуга волн, то есть длина когерентности l_C = c_С и длина цуга волн совпадают  =_С. Пространственная когерентность связана с направленностью излучения - чем больше направленность, тем больше ПК пучка. Точечный источник имеет высокую степень ПК: свет звезды из бесконечности. Лазерные пучки имеют высокую степень ПК.  При анализе интерференционных опытов в Интерференции квазимонохроматического света первичный источник предполагался точечным. Однако все реальные источники света имеют конечные размеры. Увеличение размеров источника, как и расширение спектра излучаемого им света приводит к ухудшению контрастности (уменьшению видности) интерференционных полос и даже к полному их исчезновению. Чтобы выяснить роль только первого из этих факторов, будем считать здесь излучение монохроматическим.

    Протяженный самосветящийся источник состоит из большого числа точечных взаимно некогерентных элементов. Поэтому интенсивность в любом месте равна сумме интенсивностей в интерференционных картинах, создаваемых отдельными точечными элементами источника.

    В интерференционных опытах по методу деления волнового фронта полосы на экране перпендикулярны плоскости, в которой находятся первичный точечный источник S и вторичные источники S₁ и S₂. Использование вместо S линейного источника, т.е. достаточно узкой щели, вытянутой перпендикулярно этой плоскости, увеличивает интенсивность и не приводит к ухудшению четкости интерференционных полос. Однако увеличение ширины щели приводит к тому, что полосы становятся менее четкими или пропадают совсем.

    Если размеры источника (т.е. ширина щели S) много меньше длины световой волны, то интерференционная картина будет резкой, так как разность хода интерферирующих лучей от любой точки источника до некоторой точки наблюдения P будет практически одна и та же. Но обычно размеры источника значительно больше длины волны, поэтому одинаковые интерференционные картины от разных его элементов сдвинуты одна относительно другой. В результате наложения этих картин интерференционные полосы оказываются более или менее размытыми. Их можно наблюдать лишь при выполнении определенных условий, налагаемых на геометрию эксперимента. 

10.Многолучевая интерференция. Интерференционные фильтры. Многослойные диэлектрические покрытия. Получение диэлектрических зеркал. Просветление оптики. Пояснить интерференцию в тонких пленках и принципы просветления оптических изделий тонкими пленками.

Дихрои́чный фильтр отражает одну и пропускает другую часть спектра падающего излучения благодаря явлению многолучевой интерференции в тонких диэлектрических плёнках.И́нтерференцио́нный фильтр — название дихроичных фильтров по принципу действия. Интерференционные фильтры могут обеспечивать ширину полосы пропускания или подавления до 0,1—0,15 нм из диапазона 500 нм. Диэлектри́ческое зе́ркало — зеркало, использующеся в оптических приборах, отражающие свойства которого формируются благодаря покрытию из нескольких чередующися тонких слоев из разных диэлектрических материалов. Эффект можно значительно усилить, используя последовательность чередующихся диэлектрических слоев с высоким n₁ и низким n₂ показателями преломления. Просветление оптики.Нанесением на поверхность стекла диэлектрических покрытий можно решить и противоположную задачу уменьшения коэффициента отражения (просветление оптики). Это очень важно для сложных оптических систем с большим числом преломляющих поверхностей, где даже при малом коэффициенте отражения ( ) в итоге накапливаются значительные потери света. Очевидно, что нанесенный на стекло слой диэлектрика оптической толщины при n<n₀ приведет к уменьшению R, так как отраженные от его передней и задней границ волны находятся в противофазе. При n=n_o^1/2 весь падающий по нормали свет с длиной волны проходит через границу. Использование более сложных трехслойных покрытий позволяет получить сравнительно высокое пропускание в широкой области спектра. Получить устойчивую интерференционную картину для света от двух разделённых в пространстве и независящих друг от друга источников света не так легко, как для источников волн на воде. Атомы испускают свет цугами очень малой продолжительности, и когерентность нарушается. Сравнительно просто такую картину можно получить, сделав так, чтобы интерферировали волны одного и того же цуга^[1]. Так, интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной , отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, отчего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при , где. Если  нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм.Просветление тонк. Пленкой: На плоской стеклянной поверхности с показателем преломления n1 наносится (путем вакуумного распыления или осаждения из раствора на вращающуюся подложку), дополнительный тонкий слой диэлектрика с показателем преломления n2. Толщина слоя d подбирается исходя из условия, чтобы дополнительный набег фазы d излучения на двойном прохождении слоя был кратен (2n+1)p. .В таком случае волны, отраженные от границ раздела пленка-воздух и пленка-стекло будут складываться в противофазе и “гасить” друг друга. Для того чтобы это гашение было наиболее эффективным, необходимо дополнительно постараться уравнять амплитуды обеих отраженных волн. Это достигается подбором материала пленки с показателем преломления n2=(n1)1/2. В таком случае относительный показатель преломления для обеих поверхностей один и тот же, (n1)1/2, а следовательно коэффициенты отражения обеих поверхностей равны. На практики удачным подбором материала пленки удается снизить коэффициент отражения поверхности в 20-100 раз по сравнению с исходной поверхностью стекла - для когерентного излучения данной длины волны.В случае когда падающий на поверхность свет не монохроматический (фотографические, микроскопические устройства) из вышеприведенной формулы очевидно, что обеспечить идеальное просветление для всех спектральных компонент невозможно.

11.Явление дифракции. Принцип Гюйгенса-Френеля, его интегральная запись и трактовка. Зоны Френеля. Применение векторных диаграмм для анализа дифракционных картин. Зонные пластинки. Дифракция на круглом отверстии и диске

Первоначально под дифракцией понимали явление, связанное с огибанием волнами каких-либо препятствий. Современная теория волн и оптики расширила это понятие и теперь оно включает любые процессы распространения волн, идущие с отклонением от законов геометрической оптики. Каждая точка среды, до которой доходит световое возбуждение, является, в свою очередь центром вторичных волн. (принцип Гюйгенса). Интерференции вторичных и первичных волн порождает движущийся волновой фронт. (дополнение Френеля). Расчёт амплитуды поля в любой точке Р вторичного волнового фронта по заданному распределению амплитуды волны первичного фронта α(s):

k(α)-угловой коэффициент. k-волновой вектор=2πn/λ

Зоны Френеля. Для определения амплитуды поля вторичного волнового фронта Френель предложил разбить первичный волновой фронт на кольцевые зоны, которые излучают когерентные волны так, чтобы излучение двух соседних зон было сдвинуто по фазе на π. Это равносильно разности оптического пути в λ/2. Роль амплитуды А у световой волны выполняет напряженность электрического поля Е являющейся векторной величиной. Суммарная напряженность электрического поля (амплитуда) в точке «Р» от всех зон первичного волнового фронта равна алгебраической сумме от каждой зоны

По мере открытия новых зон интенсивность поочерёдно принимает максимальные и минимальные значения, но размах уменьшается. Амплитуды волн от малых элементов волнового фронта изображаются на комплексной плоскости элементарными векторами, поворот которых против часовой стрелки отражает возрастание фазы при перемещении от центра отверстия к его краю. Длины элементарных векторов уменьшаются с ростом угла между нормалью к волновому фронту и направлением на точку

наблюдения Р (т.н. «косинусный» фактор), поэтому их векторная сумма не описывает окружность, а сворачивает по спирали. В отсутствие экрана полная амплитуда вторичных волн от всех френелевских зон соответствует вектору, соединяющему начало координат и центр спирали.

Для определения поперечного (точек ) распределения интенсивности при дифракции на круглом отверстии нужно учесть, что возникает эксцентриситет (смещение) вершины опорной сферы относительно центра отверстия О. Часть зон оказывается, как и для осевой точки, открытыми, а часть – открываются только частично. Если все четные (или нечетные) зоны закрыть непрозрачной маской, то, по скольку вторичные волны от этих зон синфазны, в точке Р будет наблюдаться многократное усиление света, т.е. фокусировка. В отличии от обычных фокусирующих систем, зонная пластинка (ЗП) обладает свойством полифокальности. Помимо главного фокуса, у нее образуются т.н. побочные или кратные фокусы.Если вместо непрозрачной маски для четных или нечетных зон ввести дополнительный фазовый сдвиг , то интенсивность света в фокусе возрастет еще в 4 раза.Разбиение на полуволновые зоны соответствует ступенчатой аппроксимации преломляющей поверхности линзы при равной высоте ступеней. Другому методу аппроксимации – траперциями – (при равной ширине кольцевых поясов) соответствует плоская линза Френеля. При дифракции Френеля на полубесконечной плоскости часть энергии световых волн проникает в область геометрической тени. В освещенной части появляются осциляции интенсивности.Дифракция Френеля на щели сводится к дифракции на двух резких краях.