Optický systém ( angl.optic system ) - soubor optických prvků ( refrakční , reflexní , difrakční atd.), vytvořených pro přeměnu světelných paprsků (v geometrické optice ), rádiových vln (v radiooptice), nabitých částic (v elektronických a iontová optika ) [1] .
Optické schéma - grafické znázornění procesu změny světla v optické soustavě.
Optický přístroj je optický systém určený k provádění konkrétního úkolu, který se skládá alespoň z jednoho ze základních optických prvků. Optické zařízení může zahrnovat světelné zdroje a přijímače záření . V jiném složení se Zařízení nazývá optické, pokud alespoň jednu z jeho hlavních funkcí vykonává optický systém.
V optických zařízeních nejsou všechny části interagující se světlem optické, speciálně navržené k jeho změně. Takovými neoptickými částmi v optických přístrojích jsou rámy čoček, tělo atd.
Soubor náhodně rozptýlených optických částí netvoří optický systém.
Optické systémy obvykle znamenají systémy, které převádějí elektromagnetické záření ve viditelném nebo blízkém rozsahu ( ultrafialové , infračervené ). V takových systémech dochází k transformaci světelných paprsků v důsledku lomu a odrazu světla, jeho difrakce (což je speciální případ jevu interference (je-li třeba počítat s omezením délky vlnoploch) , absorpce a zesílení intenzity světla (v případě použití kvantových zesilovačů).
Typy a varianty optických systémů jsou velmi rozmanité, ale obvykle existují zobrazovací optické systémy, které tvoří optický obraz , a osvětlovací systémy, které převádějí světelné paprsky ze světelných zdrojů.
Také se nazývají optické části. Historicky to byly:
V 19. století byla tato tetráda doplněna o polarizátory a difrakční prvky ( difrakční mřížka , Michelsonův echelon ).
Ve 20. století existovaly:
Optický systém je určen pro prostorovou transformaci radiačního pole před optickým systémem (v "objektovém prostoru") na pole za optickým systémem (v "obrazovém prostoru"). Takovéto rozdělení „prostorů“ je velmi podmíněné, neboť tyto „prostory“, které jsou odlišné z hlediska změny struktury pole, se mohou v některých případech (např. při použití zrcadel) shodovat ve třech dimenzionální fyzický prostor.
Transformace pole z prostoru objektů do prostoru obrazů se provádí zpravidla pomocí vhodně realizovaného jevu radiační interference, který určuje strukturu pole v prostoru objektů. [2] .
Taková organizace je dosažena použitím optických prvků s určitým tvarem, jejichž působení se projevuje jevem lomu , odrazu a rozptylu záření. Fyzikální příčinou všech těchto jevů je interference [2] .
V mnoha případech k vysvětlení činnosti optického prvku zcela postačí použít koncepty podstaty těchto jevů, aniž bychom odhalili roli interference, což umožňuje popsat pole záření jeho formalizovaným geometrickým modelem založeným na na intuitivním konceptu „paprsku světla“ a postulátu nekonečně malé vlnové délky záření a optické homogenity prostředí, které vyplňuje celý prostor, ve kterém působí zákony geometrické optiky .
Ale v případě, kdy se ukáže, že je nutné vzít v úvahu vlnové vlastnosti záření a vzít v úvahu srovnatelnost rozměrů optického prvku s vlnovou délkou záření, začne geometrická optika dávat chyby, které se nazývají difrakce [2] , která v podstatě není samostatným jevem, ale pouze stejnou interferencí.
I když je možné vliv difrakce zanedbat, geometrická optika umožňuje s uspokojivou přesností předpovídat průběh paprsků v obrazovém prostoru pouze pro ty paprsky, které dopadají na pracovní plochu následujícího optického prvku pod malými úhly vzhledem k osy a v malé vzdálenosti bodu dopadu od paraxiální osy.paprsky .
Jinak jsou pozorovány výrazné odchylky dráhy paprsku, které se nazývají aberace . Jejich roli lze snížit zkomplikováním optické soustavy (přidávání komponent), opuštěním používání kulových ploch a jejich nahrazením plochami tvořenými křivkami popsanými rovnicemi vyššího řádu, s čímž je spojena značná komplikace technologie jejich výroby, jako rozšiřování nabídky optických médií směrem k vytvoření transparentních médií ve stále širším spektrálním rozsahu a se stále vyššími hodnotami indexu lomu [2] . V tomto směru působí speciální obor opticko-mechanického průmyslu, historicky spjatý s výrobou optického skla a následně dalších optických médií, amorfních i krystalických. Zde se ukázali takoví specialisté jako Schott a Abbe a v Rusku - Grebenshchikov , Lebedev a další.
Některé aberace (například chromatické ) se také objevují v paraxiálních svazcích.
Hranice dvou optických prostředí s různými indexy lomu vždy odráží nějakou část záření. Takže povrch skla s indexem lomu 1,5 na vzduchu odráží asi 4 % světla. Ke snížení těchto ztrát se používá povrchová úprava optiky , založená na výskytu interferenčních efektů v tenkých vrstvách transparentních materiálů nanesených na pracovních plochách. Takže například pro relativně jednoduché čočky jako Triplet Cook nebo Tessar , které mají 6 hranic sklo/vzduch, by ztráta odrazu bez použití osvícení byla přibližně 20 %. Ztráty jako takové by se ještě daly tolerovat, ale odražené světlo, které se znovu odráží od jiných povrchů, dopadá na obraz a deformuje jej. Takové oslnění je i přes osvícení jasně viditelné na fotografiích pořízených proti světlu.
Kromě prostorové transformace pole záření každý optický prvek vždy zeslabuje svou intenzitu v důsledku ztrát způsobených absorpcí záření materiálem, ze kterého je optický prvek vyroben. Použití optických materiálů s minimální absorpcí na vlnové délce záření je mimořádně důležité ve vláknové optice , na které je založeno vytváření vláknových komunikačních linek .
V zrcadlových a zrcadlových optických systémech je část záření absorbována na kovových zrcadlech.
Zeslabení intenzity záření je v některých případech užitečné (např. u slunečních brýlí ), zejména v případě selektivní absorpce záření barevnými filtry .
V současné době je také možné zesílit světlo pomocí externího zdroje energie.