Optinen järjestelmä ( eng. optical system ) - joukko optisia elementtejä ( taittava , heijastava , diffraktiivinen jne.), joka on luotu muuntamaan valonsäteet ( geometrisessa optiikassa ), radioaaltoja (radiooptiikassa), varautuneita hiukkasia (elektroniikka- ja ionioptiikka ) [1] .
Optinen kaavio - graafinen esitys valon muutosprosessista optisessa järjestelmässä.
Optinen instrumentti on optinen järjestelmä, joka on suunniteltu suorittamaan tietty tehtävä ja joka koostuu vähintään yhdestä optisista peruselementeistä. Optinen laite voi sisältää valonlähteitä ja säteilyvastaanottimia . Toisessa muotoilussa laitetta kutsutaan optiseksi, jos optinen järjestelmä suorittaa ainakin yhden sen päätoiminnoista.
Optisissa laitteissa kaikki valon kanssa vuorovaikutuksessa olevat osat eivät ole optisia, vaan ne on erityisesti suunniteltu muuttamaan sitä. Tällaisia optisten instrumenttien ei-optisia osia ovat linssin kehykset, runko jne.
Joukko satunnaisesti hajallaan olevia optisia osia ei muodosta optista järjestelmää.
Yleensä optisilla järjestelmillä tarkoitetaan järjestelmiä, jotka muuntavat sähkömagneettista säteilyä näkyvällä tai lähialueella ( ultravioletti , infrapuna ). Tällaisissa järjestelmissä valonsäteiden muunnos tapahtuu valon taittumisen ja heijastuksen , sen diffraktion vuoksi (joka on häiriöilmiön erikoistapaus (jos on tarpeen ottaa huomioon aaltorintojen pituuden rajoitus) , valon intensiteetin absorptio ja vahvistus (kvanttivahvistimia käytettäessä).
Optisten järjestelmien tyypit ja lajikkeet ovat hyvin erilaisia, mutta yleensä on optisia kuvantamisjärjestelmiä, jotka muodostavat optisen kuvan , ja valaistusjärjestelmiä, jotka muuntavat valonsäteitä valonlähteistä.
Kutsutaan myös optisiksi osiksi. Historiallisesti nämä ovat olleet:
1800 - luvulla tätä tetradia täydennettiin polarisaattoreilla ja diffraktioelementeillä ( diffraktiohila , Michelson echelon ).
1900 -luvulla oli:
Optinen järjestelmä on suunniteltu optista järjestelmää edeltävän säteilykentän ("objektitilassa") avaruudelliseen muuntamiseen optisen järjestelmän jälkeiseen kenttään ("kuva-avaruudessa"). Tällainen "avaruuksien" jako on hyvin ehdollinen, koska nämä "avaruudet", jotka eroavat kentän rakenteen muuttamisen näkökulmasta, voivat joissain tapauksissa (esimerkiksi peilejä käytettäessä) osua yhteen kolmessa tilassa. ulottuvuus fyysinen tila.
Kentän muuntaminen esineavaruudesta kuvien tilaan tapahtuu pääsääntöisesti käyttämällä oikein toteutettua säteilyhäiriöilmiötä, joka määrää kentän rakenteen objektien tilassa. [2] .
Tällainen organisaatio saavutetaan käyttämällä tietyn muodon omaavia optisia elementtejä, joiden toiminta ilmenee taittumisen , heijastuksen ja säteilyn sironnan ilmiönä. Kaikkien näiden ilmiöiden fyysinen syy on häiriö [2] .
Monissa tapauksissa optisen elementin toiminnan selittämiseen riittää, että käytetään näiden ilmiöiden olemuksen käsitteitä paljastamatta häiriön roolia, mikä mahdollistaa säteilykentän kuvaamisen sen formalisoidun geometrisen mallin avulla. "valosäteen" intuitiivisesta käsitteestä ja äärettömän pienen säteilyn aallonpituuden postulaatista ja väliaineen optisesta homogeenisuudesta , joka täyttää koko tilan, jossa geometrisen optiikan lait toimivat .
Mutta siinä tapauksessa, että on tarpeen ottaa huomioon säteilyn aalto-ominaisuudet ja ottaa huomioon optisen elementin mittojen vertailukelpoisuus säteilyn aallonpituuden kanssa, geometrinen optiikka alkaa antaa virheitä, joita kutsutaan ns. diffraktio [2] , joka pohjimmiltaan ei ole itsenäinen ilmiö, vaan vain sama häiriö.
Vaikka diffraktion vaikutus voidaan jättää huomiotta, geometrinen optiikka mahdollistaa tyydyttävällä tarkkuudella ennustaa säteiden kulkua kuvatilassa vain niille säteille, jotka putoavat seuraavan optisen elementin työpinnalle pienissä kulmissa suhteessa akselilla ja pienellä etäisyydellä tulopisteestä paraksiaaliakselista .
Muutoin säteen reitillä havaitaan merkittäviä poikkeamia, joita kutsutaan poikkeavuuksiksi . Niiden roolia voidaan vähentää monimutkaisemalla optista järjestelmää (lisäämällä komponentteja), luopumalla pallomaisten pintojen käytöstä ja korvaamalla ne ylemmän kertaluvun yhtälöillä kuvattujen käyrien muodostamilla pinnoilla, mikä liittyy myös niiden tuotantoteknologian merkittävään monimutkaisuuteen. laajentamalla optisten välineiden valikoimaa kohti läpinäkyvien välineiden luomista yhä laajemmalla spektrialueella ja yhä korkeammilla taitekerroinarvoilla [2] . Tähän suuntaan toimii optismekaanisen teollisuuden erityinen haara, joka on historiallisesti liitetty optisen lasin ja sitten muiden optisten välineiden, sekä amorfisten että kiteisten, tuotantoon. Täällä esiintyivät sellaiset asiantuntijat kuin Schott ja Abbe , ja Venäjällä - Grebenshchikov , Lebedev ja muut.
Jotkut aberraatiot (esimerkiksi kromaattiset ) näkyvät myös paraksiaalisissa säteissä.
Kahden optisen median, joilla on erilaiset taitekertoimet , raja heijastaa aina osan säteilystä. Joten lasin pinta, jonka taitekerroin on 1,5 ilmassa, heijastaa noin 4% valosta. Näiden häviöiden vähentämiseksi käytetään optista pinnoitetta , joka perustuu häiriövaikutusten esiintymiseen ohuissa kerroksissa läpinäkyviä materiaaleja, jotka on kerrostettu työpinnoille. Joten esimerkiksi suhteellisen yksinkertaisilla linsseillä, kuten Triplet Cook tai Tessar , joissa on 6 lasi/ilma-rajaa, heijastushäviö ilman valaistusta olisi noin 20 %. Häviöt sinänsä voitaisiin silti sietää, mutta heijastuva valo, joka heijastuu uudelleen muilta pinnoilta, osuu kuvaan ja vääristää sitä. Tällainen häikäisy näkyy selvästi valoa vasten otetuissa valokuvissa jopa valaistumisesta huolimatta.
Säteilykentän avaruudellisen muutoksen lisäksi mikä tahansa optinen elementti heikentää aina intensiteettiään johtuen häviöistä, jotka aiheutuvat materiaalin, josta optinen elementti on valmistettu, säteilyn absorptiosta. Optisten materiaalien käyttö säteilyn aallonpituudella minimaalisella absorptiolla on erittäin tärkeää kuituoptiikassa , jolle kuituviestintälinjojen luominen perustuu .
Peili- ja peililinssioptisissa järjestelmissä osa säteilystä absorboituu metallipeileihin.
Säteilyn voimakkuuden heikentäminen joissakin tapauksissa on hyödyllistä (esimerkiksi aurinkolaseissa ), varsinkin kun kyseessä on värisuodattimien valikoiva säteilyn absorptio .
Tällä hetkellä on myös mahdollista vahvistaa valoa käyttämällä ulkoista energialähdettä.