Задания и указания к их выполнению

Задание 1. Исследовать сферическую аберрацию положительной линзы.

Для этого установить на, оптической скамье источник света, конденсор, диафрагму с малым отверстием, исследуемую линзу и экран. С помощью конденсора спроектировать изображение нити лампы накаливания на отверстие в диафрагме. Получать с помощью исследуемой линзы изображение освещенного отверстия на экране. Закрепить на оправе линзы диафрагму с горизонтально расположенными отверстиями. Закрыть все отверстия в диафрагме, кроме центрального, специальными заглушками и, перемещая экран, определить положение изображения, образуемого параксиальным пучком.

Закрыть центральное отверстие в диафрагме и открыть пару ближайших к центру отверстий. При этом на экране возникает два слегка смещенных от центра изображения. Далее надо, вращая регулировочный винт на столике лупы, приблизить ее к линзе и совместить изображения. Расстояние, на которое при этом переместился экран вдоль оптической оси, характеризует величину продольной сферической аберрации для лучей, идущих на высоте от оптической оси, где -расстояние от центра диафрагмы, установленной на линзе, до первого открытого отверстия. Измерения следует повторить несколько раз. Затем надо открыть следующую пару отверстий и определить отрезок , соответствующей высоте . Аналогично определяется величина отрезка , соответствующего высоте . По результатам измерений строится зависимость .

Следует заметить, что при данной схеме измерений на линзу падает не строго параллельный пучок лучей, поэтому получающееся изображение частично осложнено комой.

Задание 2. Исследовать характер каустики.

Для этого вначале надо поместить экран в плоскости, где параксиальный пучок образует изображение. Измерив с помощью циркуля и линейки поперечное сечение фигуры рассеяния, определить величину поперечной сферической аберрации. Далее надо снять с линзы диафрагму и исследовать изменение фигуры рассеяния при приближении экрана к линзе. Зарисовать фигуры рассеяния, получающиеся в различных сечениях.

Задание 3. Исследовать кому.

Исследование комы производится с помощью оптической схемы, описанной в задании 1. Для наблюдения комы надо установить на линзу диафрагму с отверстиями, открыть пару малых отверстий и, развернув линзу под некоторым углом к оптической оси, определить, в каких точках пересекают экран лучи, проходящие через отверстия в диафрагме. Для определения хода параксиального луча надо открыть центральное отверстие. Исследовать, как влияет угол поворота линзы вокруг вертикальной оси на ход лучей за линзой и на положение точек пересечения этих лучей с экраном наблюдения. Зарисовать полученные результаты.

Снять с линзы диафрагму и, поворачивая линзу вокруг вертикальной оси, исследовать изменение фигуры рассеяния, возникающей при падении на линзу широкого наклонного пучка. Зарисовать образующиеся фигуры рассеяния.

Задание 4. Исследовать астигматизм и кривизну изображения.

При исследовании астигматизма в качестве предмета используется прозрачная стеклянная пластинка, на которую нанесены две тонкие взаимно перпендикулярные линии. Предмет должен быть хорошо освещен источником малых размеров. В качестве источника можно использовать малое отверстие в диафрагме, освещаемое источником света через положительную линзу. С помощью испытуемой линзы нужно получить резкое изображение предмета (перекрестья) на экране. Затем экран следует заменить лупой и получить резкое изображение перекрестья в центре поля зрения лупы. При этом испытуемая линза должна быть установлена строго перпендикулярно, оптической оси. Далее надо повернуть линзу вокруг вертикальной оси на угол 2-3° (угол поворота отсчитывается по угломерному устройству). При пово­роте лупы перекрестье сместится от центра поля зрения лупы. Перемещая лупу в направлении, перпендикулярном оптической оси, надо снова установить перекрестье в центре поля зрения. Далее, перемещая лупу вдоль оптической оси в сторону линзы, получают резкое изображение горизонтальной линии и определяют, на сколько сместилась лупа вдоль оси. Затем, перемещая лупу еще ближе к линзе получают резкое изображение вертикальной линии и определяют, на сколько сместилась лупа. Измерения повторяют несколько раз. Затем линзу поворачивают, на больший угол и снова получают резкое изображение вертикальной и горизонтальной линии. Подобные измерения должны быть выполнены для трех-четырех значений углов поворота испытуемой линзы.

По данным измерений построить кривые, характеризующие по­ложение меридиональных и сагиттальных изображений при различных углах поворота линзы. Определить положение поверхности наилучших изображений, то есть поверхности, на которой, резкость меридиональных и сагиттальных изображений одинакова. Она располагается между поверхностями меридиональных и сагиттальных изображений.

Задание 5. Исследовать дисторсию

Для исследования дисторсии надо на оптическую скамью последовательно установить осветитель, диафрагму с отверстиями, расположенными по сторонам квадрата, испытуемую положительную линзу и экран наблюдения. Перемещая испытуемую линзу и экран, можно получить на экране изображение диафрагмы с от­верстиями, искаженное дисторсией. При этом при небольшом рас­стояний от экрана до линзы дисторсия будет бочкообразная, а при больших - подушкообразная. Зарисовать получающиеся фигуры.

Содержание отчета

В отчете представить:

1. Схемы измерений.

2. Таблицы результатов измерений.

3. Зависимость для положительной линзы.

4. Рисунки фигур рассеяния, возникающих при сферической аберрации и коме.

5. Ход лучей при наличии комы.

6. Кривые, характеризующие положение меридиональных и сагит­тальных изображений при наличии астигматизма.

7. Рисунки фигур, образующихся при наличии дисторсии.

Контрольные вопросы

1. Каковы причины возникновения сферической аберрации, в чем она проявляется и как ее можно охарактеризовать количественно? Что такое каустика?

2. Каковы причины возникновения комы, в. чем она проявляется и как ее можно охарактеризовать количественно?

4. Что такое коноид Штурма?

5. Как по мере удаления от оптической системы изменяется форма поперечного сечения астигматического пучка?

6. Каковы причины возникновения дисторсии, к каким искажениям изображения она приводит?

7. Какие монохроматические аберрации относятся к аберрациям широких пучков, и какие к полевым?

8. Каковы причины возникновения астигматизма и кривизны изоб­ражения?

Список рекомендуемой литературы

Бутиков Е. И. Оптика. СПб.: BHV., 2003.

Матвеев А. Н. Оптика. М.: Высш. шк., 1985.

Евтихиев Н. Н. Информационная оптика. М.: Изд-во МЭИ, 2000.

Апенко М.И., Дубовик А.С. Прикладная оптика. М., "Наука". I971