I I закон: Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и называется показателем преломления второй среды относительно первой:
sinα/sinγ = const = n21
Показатель преломления какой-либо среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления (n). Если угол падения больше угла преломления, то вторая среда называется оптически более плотной, чем первая. При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду угол падения α будет меньше угла преломления γ.
Поэтому, при некотором угле падения (αпр.) угол преломления окажется равным 90°, т.е. преломленный луч будет скользить вдоль границы раздела сред, не входя во вторую среду.
При дальнейшем увеличении α свет будет полностью отражаться в первую среду. Это явление носит название полного внутреннего отражения света. Угол αПР называется предельным углом падения.
sinαпр/sin900 = n2/n1 = n21, откуда sinαпр = n21
Исходя из этих соотношений, можно определять относительный показатель преломления двух сред, а также абсолютный показатель преломления одной из сред, если показатель другой среды известен. Оптический прибор, служащий для этой цели и основанный на явлении полного внутреннего отражения, называется рефрактометром.
Линзы
Для изменения направления световых лучей в оптических системах широко используют линзы (от латинского слова Lens - чечевица).
Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями, и по показателю преломления отличающееся от окружающей среды.
Мы будем рассматривать только тонкие линзы, толщина которых пренебрежимо мала в сравнении с радиусами сферических поверхностей, ограничивающих линзу. Принято считать, что в таких линзах преломление лучей происходит в одной плоскости (ПП), которая называется преломляющей.
Прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу, (SS') называется главной оптической осью. Точка пересечения главной оптической оси с преломляющей плоскостью называется оптическим центром линзы (О). Любая прямая, проходящая через оптический центр линзы, называется оптической осью (АА). Лучи, параллельные главной оптической оси, после преломления в линзе собираются в одной точке, называемой главным фокусом линзы (F). Точка пересечения оптической оси с фокальной плоскостью называется побочным фокусом (F').
Такие линзы называются собирающими. Параллельный пучок лучей после преломления в линзе может рассеиваться, тогда в одной точке, называемой мнимым фокусом, соберутся продолжения этих лучей. Такие линзы называются рассеивающими.
Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через главный фокус линзы, называется фокальной плоскостью.
В собирающих линзах изображение зависит от положения предмета. Если предмет находится между оптическим центром линзы и главным фокусом, то изображение будет мнимым, прямым и увеличенным.
Если предмет находится между фокусом и двойным фокусом, изображение - действительное, обратное, увеличенное.
Если предмет находится между двойным и тройным фокусом и далее, изображение - действительное, обратное, уменьшенное.
Рассеивающие линзы всегда дают мнимое, прямое и уменьшенное изображение.
Расстояние от оптического центра линзы до главного фокуса называется фокусным расстоянием F. Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы:D =1/F
Измеряется оптическая сила линзы в диоптриях (дптр). Одна диоптрия - это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м. У собирающих линз она положительна, у рассеивающих отрицательна. На практике, для определения фокусного расстояния и оптической силы линзы используют формулу тонкой линзы: D = 1/F = 1/d +1/f ,
где d - расстояние от предмета до линзы, f - расстояние от линзы до изображения.
Изображения, полученные с помощью одной линзы, как правило, отличаются от самого предмета. В этом случае говорят об искажении изображения. Сферическая аберрация возникает потому, что края линзы отклоняют лучи сильнее, чем центральная часть.
В результате, изображение светящейся точки на экране получается в виде расплывчатого пятна, а изображение протяженного предмета становится не резким, размытым. Для устранения сферической аберрации используют центрированные оптические системы, состоящие из собирающих и рассеивающих линз. Центрированной называется система линз, имеющих общую главную оптическую ось.
Хроматическая аберрация обусловлена дисперсией света, так как линзу можно представить в виде призмы. В этом случае фокусное расстояние для лучей различной длины волны оказывается неодинаковым.
Поэтому при освещении предмета сложным, например белым светом, точка на экране будет видна в виде окрашенного пятна, а изображение протяженного предмета будет также окрашенным и нерезким. Хроматическую аберрацию можно исключить, комбинируя собирающие и рассеивающие линзы, сделанные из стекол различных сортов, обладающих разными относительными дисперсиями. Такие системы линз называются ахроматами. Причиной астигматизма является неодинаковое преломление лучей в различных меридиональных плоскостях линзы. Различают два вида астигматизма. Первый, так называемый, астигматизм наклонных лучей, возникает в линзах, имеющих сферическую форму поверхности, но лучи падают на линзу под значительным углом к главной оптической оси. В этом случае лучи во взаимно перпендикулярных плоскостях преломляются неодинаково и точка на экране будет видна как линия, а у протяженного предмета искажается форма, например, квадрат будет виден как прямоугольник.
Второй вид астигматизма, правильный, возникает при отклонении поверхности линзы от сферической, когда по различным меридиональным плоскостям неодинаковый радиус кривизны, т.е. форма поверхности в этой плоскости не является сферической. Астигматизм наклонных лучей устраняется поворотом линзы к изображаемому предмету. Правильный астигматизм устраняется путем подбора радиусов кривизны и оптических сил преломляющих поверхностей. Это чаще всего цилиндрические линзы. Оптическую систему, исправленную кроме сферической и хроматической аберраций также и на астигматизм, называют анастигматом.
