Лекция_1 моисеева прик оптика
.pdfОптические материалы
Лекция1
1.Области использования оптических материалов
Воснове любого оптического, в том числе лазерного, прибора лежат
оптические элементы, изготовленные из какого-либо оптического материала. В источниках излучения, в различных оптических деталях, которые пропускают, отражают или преобразуют пучки лучей – линзах, светофильтрах, призмах, зеркалах происходит взаимодействие излучения с оптическими материалами.
Требования к материалам для оптических элементов
Оптические элементы |
Свойства оптических материалов |
Зеркала |
Высокий коэффициент отражения |
Призмы |
Дисперсия |
Линзы, окна, призмы |
Высокая прозрачность |
Требования к материалам для оптических элементов
Физические свойства |
Механические - твердость, нехрупкость, |
|
полируемость |
|
Теплофизическиевысокая теплопроводность, |
|
низкий термический коэффициент расширения |
Химические свойства |
Нерастворимость в воде, устойчивость к другим |
|
химически растворителям |
|
Адгезионные – способность удерживать на |
|
поверхности просветляющие и защитные пленки |
Виды оптических материалов:
стеклообразные, стеклокристаллические, кристаллические материалы и пластмассы;
металлы (используются в качестве отражающих пленок).
2. Оптический диапазон шкалы электромагнитных волн
Оптический диапазон лежит в пределах от 0,01 нм до 1 мм (ГОСТ 7601–78). Его делят на четыре области:
Область |
Длина волны |
рентгеновская |
от 0,01 до 5 нм |
ультрафиолетовая |
5 нм до 380 нм |
видимая |
от 380 нм до 770 нм |
инфракрасная |
от 770 нм до 1 мм |
Инфракрасную область подразделяют на
коротковолновый участок: |
от 0,77 до 1,5 мкм |
средневолновый участок: |
от 1,5 до 20 мкм |
длинноволновый участок: |
от 20 мкм до 1,0 мм |
Диапазонывидимойобластиспектра
Видимыецвета |
Диапазондлинволн, нм |
|
|
Фиолетовый |
380 450 |
|
|
Синий |
450 480 |
|
|
Голубой |
480 510 |
|
|
Зеленый |
510 550 |
|
|
Желто-зеленый |
550 575 |
|
|
Желтый |
575 585 |
|
|
Оранжевый |
585 620 |
|
|
Красный |
620 780 |
|
|
Спектральные линии, используемые при разработке оптических систем
При разработке оптических приборов используется
набор реперных спектральных линий, наблюдаемых в спектрах различных химических элементов. В основу
этого списка легли спектральные линии Фраунгофера,
открытые им в 1814 г. при исследовании излучения
Солнца. Для этих спектральных линий обычно определяют показатели преломления материалов для
изготовления оптических деталей и рассчитываются
оптические системы .
Обозначение |
Длина волны, |
Цвет |
Химический |
линий |
нм |
|
элемент |
|
|
|
|
i |
365,0 |
Ультрафиолетовый |
Hg |
|
|
|
|
H’ |
393,36 |
Темно-фиолетовый |
Ca |
|
|
|
|
H |
396,86 |
Темно-фиолетовый |
Ca |
|
|
|
|
h |
404,7 |
Фиолетовый |
Hg |
|
|
|
|
G |
431 |
Фиолетовый |
Ca |
|
|
|
|
G/ |
434,1 |
Сине-фиолетовый |
Hγ |
g |
435,83 |
Сине-фиолетовый |
Hg |
|
|
|
|
F/ |
479,99 |
Синий |
Cd |
F |
486,13 |
Синий |
H |
|
|
|
|
Обозначение |
Длина волны, |
Цвет |
Химический |
линий |
нм |
|
элемент |
|
|
|
|
Е |
526,96 |
Зеленый |
Fe |
|
|
|
|
e |
546,07 |
Зеленый |
Hg |
|
|
|
|
d |
587,56 |
Желто-оранжевый |
He |
|
|
|
|
D |
589,3 |
Желто-оранжевый |
Na |
|
|
|
|
C/ |
643,85 |
Красный |
Cd |
|
|
|
|
C |
656,28 |
Красный |
H |
b |
706,5 |
Темно-красный |
He |
|
|
|
|
В |
687,0 |
Темно-красный |
О |
|
|
|
|
A/ |
766,5 |
Темно-красный |
K |
|
|
|
|
A |
762,1 |
Темно-красный |
О |
|
|
|
|
3. Оптические характеристики материалов
Показателем преломления n называют отношение скорости электромагнитного излучения в вакууме с к фазовой скорости излучения в данной среде; n для длины волны линии e:
= 546,07 нм называют основным показателем преломления nосн (показатель ne).
Уменьшение интенсивности излучения в веществе в результате поглощения характеризуется главным показателем поглощения . Величины n и называют оптическими постоянными.
Связь между оптическими:постоянными, электрическими и магнитными характеристиками газообразных и жидких диэлектрических сред определяется уравнением:
n2 |
(1) |
|||
а при 1 |
2 |
|
(2) |
|
n |
|
|||
|
|
|||
где – относительная диэлектрическая проницаемость;
- относительная магнитная проницаемость.
Для металлов эта связь дается уравнениями:
n2(1 2)
n2 2 * /
где * – удельная проводимость металла;- круговая частота потока излучения.
Расчет показателя преломления n производится по дисперсионным формулам.
Так, расчет n для воздуха в интервале длин волн в вакууме= 0,2 50 мкм выполняется по формуле дисперсии:
n 1 64,238 10 |
6 |
|
29498,1 10 6 |
|
255,4 10 6 |
||
|
146 10 |
6 2 |
41 10 |
6 2 |
|||
|
|
|
|
||||
расчет n в интервале = 0,365 1,0139 мкм для оптического бесцветного стекла производится по формуле дисперсии:
(3)
(4)
(5)
n |
2 |
2 |
2 |
4 |
6 |
8 |
(6) |
|
A1 A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
A6 |