ОПТИКА НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД


ОПТИКА НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД
ОПТИКА НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

       
раздел физ. оптики, в к-ром изучаются явления, сопровождающие распространение оптического излучения в оптически неоднородных средах, показатель преломления n к-рых не постоянен, а зависит от координат. Оптич. неоднородностями явл. поверхности или объёмы внутри среды, на (в) к-рых изменяется п. Независимо от физ. природы неоднородности она всегда отклоняет свет от его первонач. направления. На поверхностях, разделяющих среды с разными n, происходит отражение света и преломление света; на микронеоднородностях, n к-рых отличается от n окружающей среды,— рассеяние света. Существ. роль в О. н. с. играет интерференция света между рассеянными, отражёнными и преломлёнными световыми волнами, а также падающей волной. Оптически неоднородными явл. мутные среды; в них размеры оптич. неоднородностей чаще всего превышают длину световой волны l. Если неоднородность среды вызвана присутствием в ней мелкодисперсных коллоидных ч-ц, размеры к-рых сравнимы с l, то среда кажется совершенно прозрачной; однако наблюдение под углом =90° к направлению падающего света обнаруживает свечение среды, обусловленное интенсивным рассеянием света (Тиндаля эффект).
К неоднородным средам относятся также в-ва без инородных включений, в к-рых изменения n в большом числе микрообъёмов, приводящие к рассеянию света, вызваны флуктуациями плотности среды в результате хаотического теплового движения её молекул или турбулентностью среды.
Интенсивность I света, рассеиваемого непоглощающими диэлектрич, ч-цами, пропорц. l-p, где p — параметр, зависящий от отношения размеров ч-ц к l. При рассеянии света на тепловых флуктуациях, размеры к-рых Много меньше l, I=l-4 (Рэлея закон). Для ч-ц, размеры к-рых много больше l, параметр р близок к 0, и рассеяние определяется геом. эффектами преломления света на поверхностях раздела объёмов. В этом случае I не зависит от X, что и наблюдается при рассеянии света в туманах и облаках — они имеют белый цвет. На изучении рассеяния света неоднородностями в газах, жидкостях и тв. телах основаны методы нефелометрии и ультрамикроскопии (см. УЛЬТРАМИКРОСКОП), позволяющие определять концентрацию неоднородностей и изучать их природу (а в нефелометрии — и их размеры). Особый раздел О. н. с. составляет оптика тонких слоев.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ОПТИКА НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

- разделфиз. оптики, в к-ром изучаются явления, сопровождающие распространение оптическогоизлучениям оптически неоднородных средах, показатель преломления . к-рых не постоянен, а зависит от координат. Характер явлений и методыих исследования существенно зависят от характера изменения п и масштабанеоднородностей по сравнению с длиной волны света 15015-113.jpgОптич. неоднородностями являются поверхности или объёмы внутри среды, на(в) к-рых изменяется п. Независимо от физ. природы неоднородностиона всегда отклоняет свет от его первонач. направления. На поверхностях, <разделяющих среды с различными п, происходят отражение света и преломление света. В среде с непрерывно изменяющимся п, когдаотносит, изменение п на расстояниях, сравнимых с 15015-114.jpgочень мало (т. н. градиентиая среда), световой луч, задаваемый величинойgradS = ndr/dS в каждой точке волновой поверхности S(x,y,z), меняет направление в зависимости от неоднородностей пространства, <что приводит к его искривлению (рефракции).
Кривизна луча при этом 15015-115.jpgи луч загибается в область с большим показателем п. Этим, в частности, <объясняется явление миража (в пустыне поверхность земли очень нагрета, <а показатель преломления воздуха зависит от его плотности). Лучи распространяютсяиз пространства предметов в пространство изображений по нескольким разл. <путям. Лучи, распространяющиеся под большим углом к горизонту, проходятбольший геом. путь, однако часть пути они проходят в области с меньшим п, поэтому при правильно выбранном п можно уравнять оптическуюдлину пути и добиться условия фокусировки лучей. В градиентной оптич. <среде ур-ние эйконала, решение к-рого позволяет определить геом. <волновые поверхности S(x, у, z) и ортогональные к этим поверхностямлучи r(х, y, z), имеет вид (gradS)2 = n2(x,y,z).
Из этого ур-ния получается соотношениедля траектории светового луча:

15015-116.jpg

Ур-ние (*) допускает ряд частных решений, <удовлетворяющих принципу "абсолютного прибора", т. е. оптич. системы, дающейстигматическое (резкое, без аберраций) изображение трёхмерного предмета.
Граданы. Простым примером абс. прибораможно считать сферич. граданы с распределением показателя преломленияпо радиусу 15015-117.jpg- линза Лунеберга и п(r) = п0/[1 + (r/a)2]- "рыбий глаз" Максвелла. В первом случае неоднородная сфера собирает каждыйпадающий пучок параллельных лучей в единый фокус, во втором - отображениеосуществляется преобразованием инверсии. Для аксиальной симметрии принципуабс. прибора удовлетворяет градан с распределением п(z), зависящимот формы сферич. поверхности. Этот градан эквивалентен по аберрациям асферич. <линзе. При радиальной симметрии принципу абс. прибора удовлетворяет распределение п(r)=sech(gr). В этом случае неоднородная среда соответствует периодическифокусирующему волноводу с длиной периодичности 15015-118.jpgгде 15015-119.jpg- постоянная распространения, R- радиус волновода,15015-120.jpg п= n0 - n(R) - перепад показателя преломления по сечениюволновода. Радиальные граданы в виде ци-линдрич. отрезка с таким распределением . эквивалентны линзе, свободной от аберраций, фазовых и амплитудных искажений. <Варьируя длину отрезка, можно менять фокусное расстояние и получать в одномэлементе объектив и оборачивающую систему.
Применение аксиальных и радиальных градановв фокусирующей оптике с повышенными требованиями к качеству изображения(в объективах фотоаппаратов, микроскопов и др.) позволяет сократить в 2- 4 раза или свести к минимуму число оптич. элементов. Граданы используютсяв качестве фокусирующих элементов лазерных систем видеозаписи. При этомпятно, формируемое и считываемое граданом, имеет размеры порядка длиныволны света (0,6 мкм). Блок граданов используется в малогабаритных копировальныхаппаратах.
Сельфоки. К числу радиальных граданов, <имеющих широкое распространение, относятся безоболочечные световоды, получившиекоммерч. название "сельфоки". Они способны самостоятельно формировать итранслировать изображение без дополнит. средств. В них все возбуждаемыемоды имеют равные скорости распространения. В практически реализованныхсельфоках на основе кварцевого стекла с параболич. распределением показателяпреломления вида п(r) = n0(1 - g2r2/2)[что соответствует первым двум членам разложения sech(gr)] в диапазоне1,26 - 1,32 мкм, где дисперсия стекла близка к нулю, скорость передачиинформации на расстояние 1 км составляет 13,8 Гбит x км/с. Такие сельфоки, <состоящие из одного световода, способны передавать изображение как целоес разрешающей способностью 500 лин/мм, с сохранением фазы, плоскости поляризациии малыми потерями (1 Дб/км). Длина сельфоков достигает 1 км при диам. 100мкм. Кроме применения для дальней оптич. связи, сельфоки используются каксогласующие элементы, элементы жёстких эндоскопов, оптич. наконечники волоконно-оптпч. <фиброгас-троскопов и др. Градиентные поверхностные слои применяют такжевместо многослойных интерференционных просветляющих и отражающих покрытий.
Заданный градиент показателя преломленияв града-нах из стёкол получают под действием потока нейтронов (15015-121.jpg п=0,02) либо путём разл. модификаций ионного обмена, когда замена вматрице стёкол одних ионов на другие приводит к изменению её плотностии соответственно п (15015-122.jpgп=0,04). Граданы из полимеров получают в результате обмена мономеровв частично заполимери-зов. матрице. Для них достигнуты максимальные 15015-123.jpg п= 0,1 при диам. 100 м. Возможно также получение граданов при направленномвыращивании кристаллов с 15015-124.jpg п=0,04 диам. до 20 мм. Кроме конденсиров. сред возможно использованиев роли граданов газовых линз, возникающих при ламинарном течении газа черезравномерно нагретые трубы. Градиентные среды возникают под действием мощноголазерного излучения и приводят к самофокусировке света.
На микронеоднородностях, показатели преломленияк-рых отличаются от показателя преломления окружающей среды, происходит рассеяние света. Оптически неоднородными являются мутные среды; в них размеры оптич. неоднородностей обычно превышают длину световойволны 15015-125.jpgЕсли неоднородность среды вызвана присутствием в ней мелкодисперсных коллоидныхчастиц, размеры к-рых соизмеримы с 15015-126.jpgто среда кажется совершенно прозрачной; однако наблюдение под углом 15015-127.jpg90°к направлению падающего света обнаруживает свечение среды, обусловленноеинтенсивным рассеянием света (Тиндаля эффект). Существенную рольв О. н. с. играет интерференция света между рассеянными, отражёнными ипреломлёнными световыми волнами, а также падающей волной.
К неоднородным средам относятся такжевещества без инородных включений, в к-рых изменения п в большомчисле микрообъёмов, приводящие к рассеянию света, вызваны флуктуациямиплотности среды в результате хаотич. теплового движения её молекул илитурбулентностью среды. Интенсивность I света, рассеиваемого непоглощающимидиэлектрич. частицами, пропорциональна 15015-128.jpgгде р- параметр, зависящий от отношения размеров частиц к 15015-129.jpgПри рассеянии света на тепловых флуктуациях, размеры к-рых много меньше
15015-130.jpg.~15015-131.jpg (Рэлеязакон). Для частиц, размеры к-рых много больше 15015-132.jpgпараметр р близок к нулю и рассеяние определяется геом. эффектамипреломления света на поверхностях раздела объёмов. В этом случае I не зависит от 15015-133.jpgчтои наблюдается при рассеянии света в туманах и облаках - они имеют белыйцвет. На изучении рассеяния света неоднородностями в газах, жидкостях итвёрдых телах основаны методы нефелометрии и ультрамикроскопии (см. Ультрамикроскоп), позволяющиеопределять концентрацию неоднородностей и изучать их природу (а в нефелометрии- и их размеры).
Особый раздел О. н. с. составляет оптикатонких слоев.

Лит.: Борн М., Вольф Э., Основыоптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Маркузе Д., Оптические волноводы, <пер. с англ., М., 1974; Marchand E. W., Gradient index optics, N. Y., 1978;Ильин В. Г. и др., Оптика граданов, в кн.: Успехи научной фотографии, т.23, М., 1985.

И. А. Диденко, Л. Н. Капорский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ОПТИКА НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД" в других словарях:

  • Оптика неоднородных сред —         раздел оптики (См. Оптика), в котором изучаются явления, сопровождающие распространение оптического излучения (См. Оптическое излучение) в средах, Преломления показатель n которых не постоянен, а зависит от координат. Оптическими… …   Большая советская энциклопедия

  • ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый) раздел физики, в к ром рассматривается учение о свете, его распространении и взаимодействии с обществом. Совр. О. исследует не только видимое излучение (свет), но также и не… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… …   Физическая энциклопедия

  • СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОПТИКА — раздел оптики, изучающий оптич. явленияи процессы, для описания к рых используются статистич. понятия и стохастич …   Физическая энциклопедия

  • Нейтронная оптика — Нейтронная оптика  раздел нейтронной физики, в рамках которого изучается взаимодействие медленных нейтронов со средой и с электромагнитным и гравитационным полями. Содержание 1 Физика 1.1 Распространение в среде …   Википедия

  • ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ МЕТОД — приближённый асимптотич. метод вычисления волновых полей, опирающийся на представление о лучах, вдоль к рых распространяется энергия волны. Г. о. м. отвечает широкому, волновому , пониманию геом. оптики, в противоположность геом. оптике в узком,… …   Физическая энциклопедия

  • КАУСТИКА — (каустическая поверхность) (от греч. kaustikos жгучий, палящий) огибающая семейства лучей, т. е. геом. место точек пересечения бесконечно близких лучей семейства. На рис. 1 представлен пример т. н. простой К. Ур ние К. определяется ур нием… …   Физическая энциклопедия

  • ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО — однородное стекло, предназначенное для изготовления прозрачных элементов оптич. систем. Осн. требование к О. с. неизменность фронта световой волны при её распространении в толще О. с. удовлетворяется благодаря высокой хим. и физ. однородности О.… …   Физическая энциклопедия

  • Металлогалогенная лампа — Не следует путать с галогенной лампой накаливания …   Википедия

  • МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ — фундаментальные ур ния классич. макроскопич. электродинамики, описывающие эл. магн. явления в любой среде (и в вакууме). Сформулированы в 60 х гг. 19 в. Дж. Максвеллом на основе обобщения эмпирич. законов электрич. и магн. явлений и развития идеи …   Физическая энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «ОПТИКА НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.