|
|
|
|
|
|
||
| Дисциплина "Основы оптики" посвящена изучению законов распространения и преобразования светового поля, то есть электромагнитного поля в оптическом диапазоне частот. "Основы оптики" охватывают настолько обширный и глубокий по содержанию материал, что по праву считаются фундаментальной дисциплиной, являющейся неотъемлемой компонентой оптического образования. Изучение всех вопросов данной дисциплины важно как для усвоения базовых понятий, активно используемых в других более специальных дисциплинах, так и для получения достаточно полного представления об основных научных концепциях современной оптики. Вся дисциплина "Основы оптики" состоит из двух больших частей - геометрической и физической оптики. В данном конспекте лекций рассматривается геометрическая оптика - наука о законах распространения света в оптических системах и формировании оптического изображения. Изложение материала базируется на классической электродинамике и уравнениях Максвелла. В данном пособии рассматриваются только линейные явления в оптике, а взаимодействие света с препятствиями рассматривается только в виде амплитудно-фазовых превращений. Явления перехода одного вида энергии в другой обсуждаются лишь в связи с регистрацией интенсивности света. Квантовомеханические явления также не рассматриваются, а дифракционные процессы излагаются в рамках классической теории дифракции Релея-Зоммерфельда. В главе 1 также рассмотрен вывод волнового уравнения для комплексной амплитуды поля - уравнения Гельмгольца, а в главе 4 - вывод основного уравнения геометрической оптики - уравнения эйконала. В главе 2 рассматриваются энергетические характеристики светового поля, которые разделяются на собственно энергетические и световые. Законы геометрической оптики, рассматриваемые в главе 4, вытекают из основного положения этой дисциплины - приближения коротких длин волн, при котором длина волны считается пренебрежимо малой величиной по сравнению с неоднородностями среды и самого поля. Волновые свойства света учитываются только в области фокусов пучков лучей, а также при описании прохождения света через границу двух сред (глава 3). Теория идеальных оптических систем (глава 5) излагается вначале в классической форме Ньютона-Гаусса, а затем с использованием матричного аппарата и соответствующих понятий матриц преобразования координат нулевых лучей (глава 6). Теория реальных оптических систем охватывает понятие реальных лучей, ограничение пучков лучей в оптических системах, систему обобщенных (канонических) характеристик (глава 7), а также аберрации, их типы и порядки (глава 8). В главе 9 рассматриваются критерии и характеристики качества изображения безаберрационных оптических систем, теоретические пределы разрешения, влияние аберраций на характеристики качества и разрешение, а также понятие дифракционно-ограниченных и геометрически-ограниченных оптических систем. |