Optisk system ( eng. optisk system ) - et sæt optiske elementer ( refraktive , reflekterende , diffraktive osv.), skabt til at konvertere lysstråler (i geometrisk optik ), radiobølger (i radiooptik), ladede partikler (i elektroniske og ionoptik ) [1] .
Optisk skema - en grafisk repræsentation af processen med at ændre lys i et optisk system.
Et optisk instrument er et optisk system designet til at udføre en specifik opgave, bestående af mindst et af de grundlæggende optiske elementer. En optisk enhed kan omfatte lyskilder og strålingsmodtagere . I en anden formulering kaldes enheden optisk, hvis mindst en af dens hovedfunktioner udføres af et optisk system.
I optiske enheder er ikke alle dele, der interagerer med lys, optiske, specielt designet til at ændre det. Sådanne ikke-optiske dele i optiske instrumenter er linserammer, krop osv.
En samling af tilfældigt spredte optiske dele danner ikke et optisk system.
Normalt betyder optiske systemer systemer, der konverterer elektromagnetisk stråling i det synlige eller nære område ( ultraviolet , infrarødt ). I sådanne systemer sker transformationen af lysstråler på grund af lysets brydning og refleksion , dets diffraktion (hvilket er et særligt tilfælde af fænomenet interferens (hvis det er nødvendigt at tage højde for begrænsningen af længden af bølgefronter) , absorption og forstærkning af lysintensiteten (i tilfælde af brug af kvanteforstærkere).
Typerne og varianterne af optiske systemer er meget forskellige, men normalt er der billedoptiske systemer, der danner et optisk billede, og belysningssystemer, der konverterer lysstråler fra lyskilder.
Kaldes også optiske dele. Historisk set har disse været:
I det 19. århundrede blev denne tetrad suppleret med polarisatorer og diffraktionselementer ( diffraktionsgitter , Michelson echelon ).
I det 20. århundrede var der:
Det optiske system er designet til rumlig transformation af strålingsfeltet før det optiske system (i "objektrummet") til feltet efter det optiske system (i "billedrummet"). En sådan opdeling af "rum" er meget betinget, da disse "rum", som er forskellige fra synspunktet om at ændre feltets struktur, i nogle tilfælde (f.eks. ved brug af spejle) kan falde sammen i en tre- dimensionelt fysisk rum.
Omdannelsen af feltet fra rummet af objekter til rummet af billeder udføres som regel ved at bruge et korrekt implementeret fænomen af strålingsinterferens, som bestemmer strukturen af feltet i rummet af objekter. [2] .
En sådan organisation opnås ved brug af optiske elementer med en bestemt form, hvis handling er manifesteret i fænomenet brydning , refleksion og spredning af stråling. Den fysiske årsag til alle disse fænomener er interferens [2] .
I mange tilfælde, for at forklare et optisk elements funktion, er det helt tilstrækkeligt at bruge begreberne om essensen af disse fænomener uden at afsløre interferensens rolle, hvilket gør det muligt at beskrive strålingsfeltet ved dets formaliserede geometriske modelbaserede på det intuitive koncept om en "lysstråle" og postulatet om den uendeligt lille strålingsbølgelængde og den optiske homogenitet af mediet, der fylder hele det rum, hvori den geometriske optiks love fungerer .
Men i det tilfælde, hvor det viser sig at være nødvendigt at tage højde for strålingens bølgeegenskaber og tage højde for sammenligneligheden af det optiske elements dimensioner med strålingens bølgelængde, begynder geometrisk optik at give fejl, hvilket kaldes diffraktion [2] , som i bund og grund ikke er et selvstændigt fænomen, men kun den samme interferens.
Selvom det er muligt at negligere indflydelsen af diffraktion, gør geometrisk optik det muligt med tilfredsstillende nøjagtighed kun at forudsige strålernes forløb i billedrummet for de stråler, der falder på arbejdsfladen af det næste optiske element i små vinkler m.h.t. aksen og i en lille afstand af indfaldspunktet fra den paraakse akse stråler .
Ellers observeres betydelige afvigelser af strålegangen, som kaldes aberrationer . Deres rolle kan reduceres ved at komplicere det optiske system (tilføje komponenter), opgive brugen af sfæriske overflader og erstatte dem med overflader dannet af kurver beskrevet af højere ordens ligninger, hvilket er forbundet med en betydelig komplikation af deres produktionsteknologi, samt som at udvide rækken af optiske medier i retning af skabelsen af transparente medier i et stadig bredere spektralområde og med stadig højere værdier af brydningsindekset [2] . En særlig gren af den optisk-mekaniske industri opererer i denne retning, historisk forbundet med produktionen af optisk glas og derefter andre optiske medier, både amorfe og krystallinske. Her viste sådanne specialister som Schott og Abbe sig selv , og i Rusland - Grebenshchikov , Lebedev og andre.
Nogle aberrationer (f.eks. kromatisk ) forekommer også i paraaksiale stråler.
Grænsen for to optiske medier med forskellige brydningsindeks reflekterer altid en del af strålingen. Så overfladen af glas med et brydningsindeks på 1,5 i luft reflekterer omkring 4% af lyset. For at reducere disse tab anvendes optikbelægning baseret på forekomsten af interferenseffekter i tynde lag af gennemsigtige materialer aflejret på arbejdsflader. Så for eksempel for relativt simple linser som Triplet Cook eller Tessar , som har 6 glas/luft grænser, ville refleksionstabet, uden brug af oplysning, være cirka 20%. Tab som sådan kunne stadig tolereres, men det reflekterede lys, der genreflekteres fra andre overflader, rammer billedet og forvrænger det. Sådan blænding er, selv på trods af oplysning, tydeligt synligt på fotografier taget mod lyset.
Ud over den rumlige transformation af strålingsfeltet svækker ethvert optisk element altid dets intensitet på grund af tab forårsaget af absorption af stråling af materialet, hvoraf det optiske element er lavet. Anvendelsen af optiske materialer med en minimal absorption ved strålingens bølgelængde er ekstremt vigtig i fiberoptik , som skabelsen af fiberkommunikationslinjer er baseret på .
I spejl- og spejllinseoptiske systemer absorberes en del af strålingen på metalspejle.
Svækkelsen af strålingsintensiteten i nogle tilfælde er nyttig (for eksempel i solbriller ), især i tilfælde af selektiv absorption af stråling af farvefiltre .
På nuværende tidspunkt er det også blevet muligt at forstærke lyset ved at bruge en ekstern energikilde.