Лекция №2 "Практические применения геометрической оптики. Элементы фотометрии" (Крымский К.М,)

• Доброе утро, господа.  

• Вы хорошо начали работать в семестре.  

• Некоторые коллеги нашли меня с вопросами по лекционному курсу.  

• Я ответил на все вопросы, что приветствуется.  

• Важно продолжать задавать вопросы, но в рамках разумного.  

• Пример анекдота про мальчика с феноменальной памятью.  

• В анекдоте мальчик мочится на одного из добровольцев, остальные разбегаются.  

• Конферансье объясняет, что это бесполезно, так как мальчик обладает феноменальной памятью.  

• Нужна пауза.  

• Меня нашли в коридорах с вопросами, на которые я ответил.  

• Обсуждение геометрической оптики и её принципов.  

• Введение в параксиальный расчет оптических систем.  

• Переход к основной теме семестра - волновой оптике.  

• Обсуждение аберраций в оптических системах.  

• Введение понятия лучевой или геометрической операции.  

• Описание меридиональной и сагитальной составляющих операции.  

• Разложение функции в ряд Тейлора.  

• Удержание членов определенных порядков.  

• Примеры слагаемых третьего и пятого порядка.  

• Обсуждение современных приложений геометрической оптики.  

• Введение в шкалу электромагнитных волн.  

• Определение оптического диапазона и его границ.  

• Классификация рентгеновского излучения.  

• Мягкий и жесткий рентген.  

• Особенности мягкого рентгеновского излучения и его применение в микроанализе.  

• Изучение спектрального состава вещества позволяет понять его структуру.  

• Рентгеновский структурный анализ позволяет проводить анализ с высоким пространственным разрешением.  

• В спектре излучения Солнца преобладает мягкий рентгеновский диапазон, что важно для термоядерных исследований и рентгеновской астрономии.  

• Современные микросхемы производятся с высокой точностью, достигая размеров в несколько нанометров.  

• Процесс включает использование рентгеновского излучения и оптических систем для создания шаблонов.  

• Оптимизация оптических систем важна для минимизации геометрических искажений.  

• Мягкая рентгеновская микроскопия позволяет исследовать живые клетки без их повреждения.  

• В отличие от жесткого рентгена, мягкий рентген не убивает клетки и позволяет изучать их в естественном состоянии.  

• Мягкая рентгеновская микроскопия используется в онкологии, морфологии и других областях для изучения клеток и тканей.  

• В реальных оптических системах важно минимизировать геометрические искажения.  

• Объектив Шваршильда свободен от сферической аберрации и комы третьего порядка.  

• Условие синусов Аббе описывает системы, минимизирующие сферическую аберрацию и аберрацию комы.  

• Для резкого изображения в оптической системе необходимо, чтобы разные части системы формировали изображение с одинаковым увеличением.  

• Условие синуса Аббе обеспечивает равенство увеличения вдоль плоскости всей системы.  

• Это условие минимизирует аберрации комы третьего порядка.  

• Условие синуса Аббе требует, чтобы оптические пути волн через разные зоны системы были одинаковыми.  

• Это достигается за счет правильного подбора углов и показателей преломления.  

• Уменьшение апертуры системы улучшает выполнение условия синуса Аббе.  

• Уменьшение апертуры системы улучшает выполнение условия синуса Аббе, но увеличивает дифракционное разрешение.  

• В некоторых системах достигается полное устранение комы за счет правильного подбора углов и размеров.  

• Астигматизм и другие аберрации могут возникать при больших апертурах.  

• Фотометрия занимается измерением энергии, переносимой световой волной.  

• Поток лучистой энергии определяется как энергия, поглощаемая площадкой за единицу времени.  

• Сила света измеряется как поток в единицу телесного угла и может варьироваться в зависимости от изотропии источника.  

• Рассматривается сфера и выбирается площадка на её поверхности.  

• Радиус-вектор площадки составляет угол фи с вертикальной осью.  

• Углы в горизонтальной плоскости обозначаются как тета.  

• Площадь элемента сферы вычисляется как произведение радиус-вектора на синус угла фи.  

• Телесный угол определяется как отношение площади к квадрату радиуса.  

• Для расчёта потока света в полупространство используется сила света, зависящая от углов фи и тета.  

• Телесный угол умножается на силу света для получения потока в единичный телесный угол.  

• Для исследования потока в полупространство интегрирование проводится по углам фи и тета.  

• Интегрирование проводится по углам фи от нуля до пи и по тета от нуля до двух пи.  

• Поток света в полупространство определяется как интеграл по углам фи и тета.  

• Общая величина потока характеризует источник и определяется энергией, излучаемой в единицу телесного угла.  

• Поток может быть перераспределён, но его суммарная величина остаётся неизменной.  

• Освещённость определяется как поток на единицу поверхности.  

• Освещенность - это поток, падающий на единицу поверхности.  

• Для точечного источника освещенность пропорциональна косинусу угла и обратно пропорциональна квадрату расстояния.  

• Для протяженных источников используется понятие яркости.  

• Яркость - это поток от всей площади источника в телесный угол.  

• Яркость может зависеть от угла, но если она постоянна, источник называется ламбертовым.  

• Ламбертовы источники подчиняются закону Ламберта.  

• Светимость - это суммарный поток, посылаемый единицей поверхности в телесный угол 2π.  

• Для расчета светимости нужно интегрировать поток по телесному углу.  

• Светимость характеризует свечение поверхности, а освещенность - освещение поверхности.  

• В оптической системе источник посылает поток в телесный угол, который затем проходит через систему.  

• Если система хорошая, то весь поток, вышедший из системы, должен войти обратно.  

• Закон сохранения яркости утверждает, что яркость изображения равна яркости источника.  

• Закон сохранения яркости работает, пока источник не станет точечным.  

• Если две точки объекта не могут быть разрешены системой, закон сохранения яркости не применим.  

• Закон работает для объектов, превышающих предел разрешения инструмента.  

• Обсуждение необходимости изучения волн.  

• Упоминание курса электричества и уравнений Максвелла.  

• Обещание ускорить изложение материала в будущем.  

• Уравнения Максвелла позволяют существование электромагнитных волн.  

• Свет рассматривается как электромагнитная волна.  

• Интегралы по контурам и поверхностям в уравнениях.  

• Изменение магнитного поля во времени вызывает вихревое электрическое поле.  

• Интеграл по замкнутому контуру равен нулю.  

• Вектор аш-дель циркуляция вектора аш по замкнутому контуру.  

• Уравнения в дифференциальной форме.  

• Дивергенция д равна четырем пи свободных зарядов.  

• Ротор е равен минус единица на цб с точкой.  

• Дивергенция б равна нулю.  

• Ротор аш равен четыре пи на ц ж плюс один на четыре пи д с точкой.  

• Рассматривается ситуация без свободных зарядов и стоков проводимости.  

• Уравнения с ротором е и ротором маш.  

• Исключение одного из векторов через мю.  

• Ротор ротора е минус лапласиан.  

• Уравнение для вектора е с лапласианом.  

• Отсутствие свободных зарядов делает уравнение проще.  

• Обещание рассмотреть решения уравнения в следующий раз.  

• Обещание ускорить изложение материала.