vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
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.
СНЯТИЕ ОТСЧЕТА ПО ЛИМБУ
Верньер – подвижная дугообразная линейка, жестко связанная со зрительной трубой.
Круговая шкала - лимб
Показание лимба, приходящееся против нулевого деления верньера, дает число
целых и половин градусов
Число минут соответствует отсчету по верньеру напротив штриха, совпадающего со штрихом лимба
Для случая, изображенного на рисунке отсчет равен 119O30' + 6' = 119O36'
Рис.4
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|
|
|
|||||
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, |
Рис.1 |
|||
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 |
J |
|
|
||
между светящимися точками, которые |
|
|
J |
|||||
еще |
разрешаются |
объективом. |
|
|
||||
Разрешенными |
условно |
считаются |
|
|
|
|||
точки х1 и х2 (рис. 2), для которых |
|
|
|
|||||
провал в интенсивности J между |
|
|
J0 |
|||||
центральными |
|
максимумами, |
|
|
||||
наблюдаемыми |
на экране, |
составляет |
|
|
|
|||
не менее 20% от максимальной |
|
|
|
|||||
интенсивности J0 . Чем меньше угол , |
|
|
|
|||||
тем ближе находятся точки х1 и х2 друг |
x1 |
x2 |
x |
|||||
к другу, тем больше разрешающая |
|
|
|
|||||
способность объектива. |
|
|
|
Рис.2 |
|
|
||
Линейная |
разрешающая |
|
|
|
||||
способность характеризует минимальное расстояние d между разрешенными точками |
||||||||
изображения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Величины и d связаны друг с другом соотношением |
|
|
||||||
d F ,
16
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
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
твор 1,22 D ,
где - диаметр объектива; - длина волны.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.
Для определения разрешающей способности объективов используют установку, принципиальная схема которой, изображена на рис. З.
Установка состоит из осветителя 1, револьверной насадки С с набором светофильтров,
3 |
|
4 |
С 2 |
|
5 |
1 |
|
|
|
|
Рис.3
револьверной насадки с эталонными штриховыми мирами 2, коллиматора 3, исследуемого объектива 4 и микроскопа 5. Осветитель с лампочкой накаливания 12 В питается от сети через понижающий трансформатор,
Объектив коллиматора, в фокусе которого расположена мира, образует параллельные пучки света от каждой точки миры. Угол между этими пучками
|
эксп FL , |
|
|
|
|
|
|
где L - расстояние между штрихами миры; F - |
1 |
2 |
_ |
4 |
5 |
||
фокусное расстояние объектива коллиматора, F = 160 |
|
|
|
|
|
||
см. |
|
|
|
|
|
|
|
На пути этих пучков ставится исследуемый |
|
|
|
|
|
||
объектив 4, в фокальной плоскости которого |
|
|
|
|
|
||
образуется изображение миры. Мира (рис. 4) - это |
|
|
|
|
|
||
испытательная таблица для определения разрешающей |
|
|
|
|
|
||
силы объектива. В ней имеется 100 заштрихованных |
|
|
|
|
|
||
квадратиков с возрастающей частотой штриховки. |
|
|
|
|
|
||
Квадратики сгруппированы |
четверками, частота |
|
|
|
|
|
|
штриховки в каждой четверке одинакова, |
а |
|
|
|
|
|
|
ориентация различна. Таким образом, каждая мира |
|
|
|
|
|
||
содержит 25 полей с различными частотами |
|
|
|
|
|
||
штриховки. Первое поле содержит четыре квадратика |
|
|
|
|
|
||
с самой грубой штриховкой, последнее (двадцать |
|
|
|
|
|
||
пятое) - четыре квадратика с самой мелкой |
|
|
|
|
|
||
штриховкой. Всего мир пять, |
самая крупная № |
5. |
|
|
_ |
|
25 |
Мира № 4 вдвое мельче и т.д. |
|
|
21 |
22 |
24 |
||
|
|
|
|||||
Расстояния между штрихами миры №I даны в |
|
|
Рис.4 |
|
|
||
табл. 1. |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Номер поля |
L, мкм |
Номер поля |
|
L, мкм |
|
|
|
25 |
5,0 |
|
12 |
|
10,5 |
|
|
24 |
5,3 |
|
11 |
|
11,2 |
|
|
17