Товары не выбраны

ПОТЕРИ СВЕТА

Световой поток, падающий в оптическую систему, состоящую из преломляющих и отражающих поверхностей, не весь проходит через нее. Яркость пучков лучей, проходящих через преломляющие и отражающие поверхности оптических деталей, составляющих прибор, ослабляется в связи с тем, что часть световых лучей поглощается массой стекла и отражается при переходе от одной среды к другой. Отношение потока излучения, пропущенного данным телом, к потоку излучения, упавшего на него, называется коэффициентом пропускания τ.

Та часть световой энергии, которая поглощается массой стекла, определяется коэффициентом поглощения α. Коэффициентом поглощения называется отношение потока излучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, упавшего на него:

где F - начальный поток излучения; F_α-поток излучения, поглощенный данным телом; l- длина пути луча в стекле, выраженная в сантиметрах. Величина θ в оптике получила наименование коэффициента прозрачности. Оптическое стекло не является идеальной прозрачной средой. Внутри среды имеются материальные непрозрачные частицы, которые рассеивают свет и вызывают потери его на поглощение. Для современных сортов оптического стекла потеря света на поглощение характеризуется величиной 1 % на 1 см хода луча в стекле, следовательно, θ=0,99.

Часть световой энергии, которая рассеивается на границе преломления или отражения, определяется коэффициентом отражения ρ. Коэффициентом отражения называется отношение потока излучения, отраженного данным телом к потоку излучения, упавшего, на него.

Потери света на отражение и поглощение в линзе схематически показаны на рис. 22.

Коэффициент отражения для случая двух прозрачных сред с идеально полированной поверхностью соприкосновения определяется по известной формуле Френеля

Если угол падения равен нулю, то в этой формуле синусы и тангенсы углов можно заменить дугами, после чего, используя выражение ni=n'i', получим

Общее пропускание света через оптическую систему, с учетом потерь света на поглощение и отражение, находится путем перемножения коэффициентов пропускания отдельных поверхностей с учетом коэффициентов поглощения, т. е.

Величина ρ зависит от показателя преломления среды. Так, например, если 1,5<n<1,57, то принимают ρ=0,04, а если 1,57<n<1,65, то ρ=0,05. Для отражающих поверхностей (посеребренных, алюминированных) достаточно принять ρ=0,1.

Тогда можно написать приближенную формулу для подсчета пропускания света в случае отсутствия просветленных поверхностей:

где N₁ - число преломлений на поверхностях, разделяющих воздух и стекло, с n<1,57; N₂ - число преломляющих поверхностей, разделяющих воздух и стекло, с п>1,57; N₃ - число отражающих поверхностей; l - длина хода луча в сантиметрах в стекле по оптической оси.

Потери света неприятны не только тем, что ослабляют освещенность изображения, но в особенности тем, что снижают контраст изображения. Свет, отраженный от поверхностей, частично возвращается обратно путем отражений от предыдущих поверхностей и, пройдя через поверхности оптической системы, образует вторичные изображения. Если эти вторичные изображения находятся вблизи основного изображения, то они могут настолько его испортить, что основное изображение будет непригодным для использования. Таким образом, свет, отраженный от поверхностей при преломлении, так же как и свет, рассеянный средой стекла, является светом вредным, и борьба с ним имеет важное значение.

Влияние рассеянного света на изображение принято характеризовать коэффициентом светорассеяния (s), под которым принято понимать отношение освещенности образуемого объективом изображения черного предмета (E_т), расположенного на равномерно ярком фоне, к освещенности изображения яркого фона (Е_с), т. е.

Так, например, современные фотографические объективы имеют s=0,03-0,04.

В последнее время удалось значительно повысить прозрачность оптического стекла. В особенности значительные успехи достигнуты в области снижения потерь света на отражение путем просветления поверхностей. Просветлением оптики называется процесс уменьшения отражения света от поверхностей оптических деталей. Теоретические разработки сущности снижения потерь света методами просветления принадлежат нашим соотечественникам - академику И. В Гребенщикову и А. Г. Власову. Просветление заключается в том, что на полированные поверхности оптических деталей наносят весьма тонкие прозрачные пленки. В этих тонких пленках происходит явление интерференции. Теория этого явления так же, как и теория цвета тонких пластинок в отраженном свете, известна из физической оптики. Толщина пленки приближенно определяется по формуле

где λ — длина волны света, a k=0; 1; 2; 3 и т. д.; n — показатель преломления пленки.

Показатель преломления пленки n₂ находится из условия ρ₁=ρ₂, так как необходимо, чтобы яркости обоих интерферирующих пучков были одинаковы. Из формулы (25,3) следует, что

В практике мы имеем дело со светом широкого спектрального состава, и лучи идут в систему под различными углами поля зрения, поэтому для таких пучков лучей оказывается невозможным полностью уничтожить потери света.

Различные методы, применяемые для просветления оптики, можно разбить на три группы:

1. Химическое взаимодействие стекла с растворами кислот и солей (химический метод).
2. Испарение и конденсация фторидов или других веществ в вакууме (физический метод).
3. Использование легко гидролизующихся растворов (метод гидролизации).

Просветление травлением водными растворами кислот создает прочную пленку и повышает химическую устойчивость стекла. Физическими методами достигаются хорошие результаты по просветлению, но проблема надежного упрочнения слоя еще не решена, в связи, с чем применение этих методов не рекомендуется для просветления наружных поверхностей. Просветление на основе использования легко гидролизующихся соединений, в основном на базе ортокремниевой кислоты, создает прочный слой и позволяет применять многослойные пленки с хорошими показателями.

В табл. 1 приведены сравнительные данные результатов просветления различными методами. Коэффициент отражения одной поверхности до просветления находится в пределах от 0,04 до

0,055.

Просветление оптических приборов дает хорошие результаты и широко применяется. Например, просветление одного из фотографических объективов позволило увеличить светопропускание с 39 до 72%. В среднем можно считать, что просветление почти вдвое повышает пропускание света в оптических приборах и, кроме того, резко снижает действие рассеянного паразитного света.

где N₄ - число поверхностей, просветленных физическим методом и методом гидролизации; N_S - число поверхностей, просветленных химическим методом.

Пример 14. Оптическая система состоит из зеркала с внутренним серебрением, из зеркала с внешним алюминированием, из трех непросветленных линз с показателем преломления n=1,54, свободно расположенных в воздухе, и двух ахроматических двухлинзовых склеенных объективов, просветленных химическим методом. Общая толщина оптического стекла по оптической оси составляет 67 мм (~7 см). Определить коэффициент пропускания света и потери света.