Лупа — это просто собирающая линза (или система линз); фокусное расстояние лупы обычно находится в диапазоне от 5 до 125 мм.
Микроскоп содержит две собирающие линзы (или две системы таких линз) — объектив и окуляр. Запомнить это просто: объектив обращён к объекту, а окуляр — к глазу (к оку).
Телескоп – система из двух собирающих линз, дает действительное уменьшенное изображение.
Глаз - оптическая система, созданная природой. Хрусталик является собирающей линзой с переменным фокусным расстоянием; он может менять свою кривизну (и тем самым фокусное расстояние) под действием специальной глазной мышцы.
Фотоаппарат – оптическая система из собирающих линз, дает действительное уменьшенное изображение.
Рис.62 Волны в фазе – усиление колебаний
Теперь сдвинем синюю синусоиду относительно красной на половину длины волны. Тогда максимумы синей волны будут совпадать с минимумами красной и наоборот — минимумы синей волны совпадут с максимумами красной. Разность фаз колебаний станет равна π. Результирующее колебание окажется равным нулю, т. е. красная и синяя волны попросту уничтожат друг друга (рис.63)
Рис.63Волны в противофазе: гашение колебаний
Условие максимума.При наложении когерентных волн колебания в данной точке будут иметь максимальную амплитуду, если разность хода равна целому числу длин волн:
Условие минимума.Когерентные волны, складываясь, гасят друг друга, если разность хода равна нечетному числу полуволн:
Таким образом при сложении двух когерентных волн можно получить фиксированное, не зависящее от времени распределение амплитуд колебаний – интерференционную картину(рис.64).
Рис.64 Интерференционная картина
Интерференция на тонкой пленке
Глядя на переливающийся различными цветами мыльный пузырь, на радужные отблески масляных или бензиновых пятен на поверхности воды, мы, оказывается, наблюдаем не что иное, как интерференцию света!
Давайте посмотрим на рис. 65. На поверхность тонкой прозрачной плёнки падает световой луч AO.
Рис.65 Интерференция на тонкой пленке
Падающий луч расщепляется на два луча: отражённый луч OF и преломлённый луч OB. После вторичного отражения и преломления из плёнки выходит второй луч CF, параллельный отражённому лучу.
Оба луча фокусируются собирающей линзой в точке F. Это может быть самая обычная линза (при наблюдении интерференционной картины на экране) или оптическая система нормального глаза (при непосредственном разглядывании). Обе волны OF и CF, будучи частями одной и той же волны AO, являются когерентными.
Действительно, в точке F сходятся две копии одного цуга с некоторым фиксированным сдвигом фаз между собой; этот сдвиг фаз обеспечивается разностью хода между волнами OF и OBCF. Поэтому волны OF и CF интерферируют друг с другом, давая картину чередующихся максимумов и минимумов в окружающем пространстве.
Предположим, что плёнка освещается белым светом. Как вы знаете, белый свет является смесью волн с различными частотами; эти частоты отвечают цветам от красного до фиолетового. Пусть, например, разность хода между волнами OF и OBCF равна целому числу длин волн красного света. Тогда красная составляющая белого света усилит сама себя, и отражённый плёнкой свет нам будет казаться красным. При небольшом изменении угла падения (или толщины плёнки) изменится и разность хода. Поэтому, если поверхность плёнки является неровной (или если мы посмотрим чуть с другого направления), то новая разность хода может стать равна целому числу длин волн, например, зелёного света. Теперь произойдёт усиление зелёной составляющей белого света, и отражённый от плёнки свет мы увидим зелёным.
Всё это мы наблюдаем, рассматривая мыльный пузырь. Перемещение его поверхности приводит к постоянному изменению разности хода для данного ракурса. Происходит усиление то одного цвета, то другого, и в результате пузырь переливается цветами радуги.
Кольца Ньютона
Возьмём плоско-выпуклую линзу с достаточно большим радиусом сферической поверхности и положим её выпуклостью вниз на стеклянную пластину. Если глядеть сверху, то сквозь линзу можно увидеть интерференционную картину в виде концентрических колец. Это так называемые кольца Ньютона; они изучались Ньютоном при освещении как белым, так и монохроматическим светом. Кольца Ньютона в красном свете показаны на рис.66.
Рис.66 Кольца Ньютона
Происхождение колец Ньютона вполне аналогично интерференции в тонких плёнках. Взгляните на рис. 67
Рис.67 Происхождение колец Ньютона
Падающий луч расщепляется на два луча 1 и 2, отражённых соответственно от сферической поверхности линзы и от пластины; между этими лучами возникает разность хода, и они интерферируют между собой.
Просветление оптики
Пожалуй, самым широким на сегодняшний день применением интерференции света служит просветление оптики. Свет, падающий на линзу, частично отражается назад; доля отражённого света обычно составляет несколько процентов. Объективы современной оптической техники представляют собой системы линз (числом до нескольких десятков). В результате отражений на поверхности каждой линзы происходит значительное ослабление света: в сумме на отражениях может теряться до 90% световой энергии. Освещённость изображений предметов, даваемых такой оптической системой, будет чрезвычайно низкой. Как уменьшить потери на отражение? Для этого на поверхность линзы наносят интерференционное покрытие в виде тонкой плёнки. Рис.68
Рис.68 Просветление оптики
Толщина покрытия подбирается так, чтобы отражённые волны 1 и 2 были сдвинуты на полволны и, интерферируя, погасили друг друга. Тогда не будет потерь на отражение, и вся световая энергия пройдёт через линзу. Изображение получится более ярким — оптика «просветляется».