Сферична аберація.
На рис. 5 показаний хід променів від джерела , розташованого на оптичній осі, що заломлюються в збірній лінзі великої світлосили. Параксіальні промені перетинаються в точці, що перебуває на відстані від оптичного центра лінзи. Чим далі від оптичної осі поширюватиметься вихідний промінь, тим сильніше він буде відхилятися, перетинаючись у все більш близьких до оптичного центра лінзи точках. Самі крайні промені перетнуться в точці , і зображенням світної точки буде не точка, і цілий відрізок S'S". Цей відрізок є мірою сферичної аберації. Для збірної лінзи, <0, а для розсівної >0.
Рис. 5.
Наявність сферичної аберації робить дещо невизначеним поняття фокуса та фокальної площини лінзи. На екрані, перпендикулярному до оптичної осі, зображення буде не точковим, а матиме вигляд нерівномірно освітленого кола, діаметр якого буде мінімальним не в точці S', а трохи ближче до лінзи.
Для зменшення сферичної аберації можна діафрагмувати пучок, обмежуючи його променями, близькими до параксіальних. Однак введення діафрагми знижує світлосилу лінзи.
Іншим способом боротьби зі сферичною аберацією є комбінування збірної (<0) і розсівної (>0) лінз. При цьому крайні промені можна звести в ту ж точку, що й параксіальні .
3. Опис вимірювальної установки.
Для визначення параметрів досліджуваної збірної лінзи, і вивчення її оптичних дефектів збирається лабораторна установка (рис. 6).
В результаті зсуву екрану Е відносно оптичної лінзи L без діафрагми D вздовж оптичної лави домагаються максимального фокусування променів на екрані. При цьому вимірюється фокусна відстань.
Розташування різних діафрагм перед лінзою призводить до зміни фокусної відстані. Максимальний розкид значень фокусної відстані й визначає значення сферичної аберації.
Рис. 6.
4. Контрольні запитання.
-
Що являє собою оптична лінза? Які лінзи ви знаєте?
-
Що таке оптичний центр лінзи, фокус і фокальна площина?
-
Що таке оптична сила лінзи і головна фокусна відстань? Який взаємозв'язок між ними?
-
Що мається на увазі під стигматичним зображенням?
-
Які промені називаються параксіальними?
-
Від чого виникають дефекти лінз? Перелічіть відомі вам дефекти лінз.
-
Що таке сферична аберація?
-
Які вам відомі способи боротьби з різними спотвореннями зображень в оптичних лінзах?
5. Домашнє завдання.
Для виконання роботи необхідно вивчити зазначені нижче питання з курсу фізики: основні закони геометричної оптики; оптична лінза і її властивості; побудова зображень в оптичній лінзі; оптичні системи і їхні похибки.
6. Лабораторне завдання.
-
Зібрати схему, зазначену на рис. 6. Розмістити досліджувану лінзу на відстані 30 - 50 см від джерела випромінювання.
-
Переміщаючи екран вздовж оптичної лави домогтися максимально чіткого зображення джерела випромінювання на екрані. Виміряйте фокусну відстань.
-
Проведіть 7-10 вимірювань. Результати вимірювань занесіть у таблицю.
-
Вид діафрагми:
Номер досліду
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
, см
-
Визначите середнє значення фокусної відстані для проведеної групи вимірювань
(7)
-
Обчисліть середню квадратичну похибку проведених вимірювань за формулою:
(8)
-
Обчисліть оптичну силу лінзи за формулою:
(9)
Якщо та виміряються в метрах, то виміряється в діоптріях.
-
Помістити перед лінзою першу діафрагму, що закриває центральні промені. Домогтися максимального фокусування променів. Повторити вимірювання та обчислення описані в пп. 2-5.
-
Помістити перед лінзою другу діафрагму, що закриває периферійні промені. Повторити вимірювання та обчислення описані в пп. 2-5.
-
Визначити значення сферичної аберації лінзи (різниця середніх значень фокусних відстаней для обох діафрагм) і похибку її визначення (сума середньоквадратичних похибок, обчислених для першої та другої діафрагм).
-
У висновках до роботи вкажіть яке значення сферичної аберації виявлено в збірної оптичної лінзи, яка використовувалась в лабораторній роботі.