ОПТИКА — это… Что такое ОПТИКА?
где R1 и R2 — радиусы кривизны поверхностей, которые в случае двояковыпуклой линзы (рис. 10) считаются положительными, а в случае двояковогнутой — отрицательными. Положение изображения для заданного объекта можно рассчитать по простой формуле с учетом некоторых условностей, показанных на рис. 10. Объект помещают слева от линзы, а ее центр считается началом координат, от которого измеряются все расстояния вдоль главной оси. Область слева от линзы называется пространством объекта, а справа — пространством изображения. При этом расстояние до объекта в пространстве объекта и расстояние до изображения в пространстве изображения считаются положительными. Все расстояния, показанные на рис. 10, положительные.
В этом случае, если f — фокусное расстояние, s — расстояние до объекта, а sў — расстояние до изображения, формула тонкой линзы запишется в виде 1/f = (1/s) + (1/s’)
Формула применима и для вогнутых линз, если считать фокусное расстояние отрицательным. Заметим, что, поскольку световые лучи обладают свойством обратимости (т.е. пойдут по тому же самому пути, если изменить их направление на противоположное), объект и изображение можно поменять местами при условии, что изображение является действительным. Пары таких точек называют сопряженными точками системы. Руководствуясь рис. 10, можно построить также изображение точек, находящихся вне главной оси. Плоскому объекту, перпендикулярному оси, будет соответствовать также плоское и перпендикулярное оси изображение при условии, что размеры объекта малы по сравнению с фокусным расстоянием. Лучи, проходящие через центр линзы, не отклоняются, а лучи, параллельные главной оси, пересекаются в фокусе, лежащем на этой оси. Объект на рис. 10 представлен стрелкой h слева. Изображение верхней точки объекта находится в точке пересечения множества исходящих из нее лучей, из которых достаточно выбрать два: луч, параллельный главной оси, который затем пройдет через фокус, и луч, проходящий через центр линзы, который не меняет своего направления, проходя через линзу. Получив таким образом верхнюю точку изображения, достаточно опустить перпендикуляр на главную ось, чтобы получить все изображение, высоту которого обозначим через hў. В случае, показанном на рис. 10, мы имеем действительное, перевернутое и уменьшенное изображение. Из соотношений подобия треугольников нетрудно найти отношение m высоты изображения к высоте объекта, которое называется увеличением: m = h’/h = s’/s.
Когда речь идет о системе нескольких линз, положение окончательного изображения определяется последовательным применением к каждой линзе известной нам формулы с учетом знаков. Такую систему можно заменить одной линзой с «эквивалентным» фокусным расстоянием. В случае двух отстоящих друг от друга на расстояние a простых линз с общей главной осью и фокусными расстояниями f1 и f2 эквивалентное фокусное расстояние F дается формулой
Если обе линзы совместить, т.е. считать, что a -> 0, то получим
. Величина, обратная фокусному расстоянию (с учетом знака), называется оптической силой. Если фокусное расстояние измеряется в метрах, то соответствующая оптическая сила выражается в диоптриях . Как явствует из последней формулы, оптическая сила системы близко расположенных тонких линз равна сумме оптических сил отдельных линз.
Толстая линза. Случай линзы или системы линз, толщина которой сравнима с фокусным расстоянием, достаточно сложен, требует громоздких вычислений и здесь не рассматривается.
Рис. 11. ХРОМАТИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ.
Геометрические аберрации. Приведенные выше формулы для тонких линз, строго говоря, являются первым, хотя и весьма удовлетворительным для практических нужд приближением, когда лучи в системе проходят вблизи оси. Более детальный анализ приводит к так называемой теории третьего порядка, в которой рассматриваются пять различных типов аберраций для монохроматического света. Первая из них — сферическая, когда дальние от оси лучи пересекаются после прохождения линзы ближе к ней, чем ближние к оси (рис. 12). Коррекция этой аберрации достигается применением многолинзовых систем с линзами разного радиуса. Второй тип аберрации — кома, которая возникает, когда лучи образуют с осью небольшой угол. Различием в фокусных расстояниях для лучей пучка, проходящих через разные зоны линзы обусловлено разное поперечное увеличение (рис. 13). Поэтому изображение точечного источника приобретает вид хвоста кометы вследствие смещенных в сторону от фокуса изображений, сформированных периферийными зонами линзы.
Рис. 12. СФЕРИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ.
Рис. 13. КОМА.
Третий тип аберрации, тоже относящийся к изображению точек, смещенных с оси, — астигматизм. Лучи от точки, падающие на линзу в разных плоскостях, проходящих через ось системы, формируют изображения на разных расстояниях от центра линзы. Изображение точки получается либо в виде горизонтального отрезка, либо в виде вертикального отрезка, либо в виде пятна эллиптической формы в зависимости от расстояния до линзы. Даже если рассмотренные три аберрации скорректировать, останутся искривление плоскости изображения и дисторсия. Искривление плоскости изображения очень нежелательно в фотографии, поскольку поверхность фотопленки должна быть плоской. При дисторсии искажается форма объекта. Два основных типа дисторсии — подушкообразная и бочкообразная — показаны на рис. 14, где объектом является квадрат. Небольшая дисторсия вполне терпима в большинстве линзовых систем, но крайне нежелательна в объективах для аэрофотосъемки.
Рис. 14. ДИСТОРСИЯ в случае квадратного объекта. а — подушкообразная; б — бочкообразная.
Формулы для аберраций разного типа слишком сложны для полного расчета безаберрационных систем, хотя и позволяют сделать приблизительные оценки в отдельных случаях. Их приходится дополнять численным расчетом хода лучей в каждой конкретной системе.
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
В волновой оптике рассматриваются оптические явления, обусловленные волновыми свойствами света.
Волновые свойства. Волновая теория света в ее наиболее полной и строгой форме основана на уравнениях Максвелла, которые представляют собой дифференциальные уравнения в частных производных, выведенные на основе фундаментальных законов электромагнетизма. В ней свет рассматривается как электромагнитная волна, электрическая и магнитная компоненты поля которой колеблются во взаимно перпендикулярных направлениях и перпендикулярно направлению распространения волны. К счастью, в большинстве случаев для описания волновых свойств света достаточно упрощенной теории, основанной на принципе Гюйгенса. Согласно этому принципу, каждую точку данного волнового фронта можно рассматривать как источник сферических волн, и огибающая всех таких сферических волн дает новый волновой фронт.
Рис. 15. ОПЫТ ЮНГА, интерференция света от двух щелей.
В рассмотренном опыте при распространении света за щелями наблюдается и его дифракция (см. ниже). Но можно наблюдать интерференцию и «в чистом виде» в опыте с зеркалом Ллойда. Экран ставят под прямым углом к зеркалу так, чтобы он соприкасался с ним. Удаленный точечный источник света, находящийся на малом расстоянии от плоскости зеркала, освещает часть экрана как прямыми лучами, так и лучами, отраженными от зеркала. Образуется точно такая же интерференционная картина, как и в опыте с двумя щелями. Можно было бы ожидать, что в месте пересечения зеркала и экрана должна находиться первая светлая полоса. Но поскольку при отражении от зеркала происходит сдвиг фазы на p (что соответствует разности хода в полволны), первой на самом деле оказывается темная полоса. Следует иметь в виду, что интерференцию света можно наблюдать только при определенных условиях. Дело в том, что обычный световой пучок состоит из световых волн, испускаемых огромным числом атомов. Фазовые соотношения между отдельными волнами все время беспорядочно меняются, причем у каждого источника света по-своему. Иначе говоря, свет двух независимых источников не когерентен. Поэтому с двумя пучками невозможно получить интерференционную картину, если они не от одного и того же источника. Явление интерференции играет важную роль в нашей жизни. На длине волны некоторых монохроматических источников света основаны самые стабильные эталоны длины, а интерференционными методами проводится их сравнение с рабочими эталонами метра и т.п. Такое сравнение можно осуществить при помощи интерферометра Майкельсона — оптического прибора, схема которого представлена на рис. 16.
Рис. 16. ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА.
Полупрозрачное зеркало D делит свет от протяженного монохроматического источника S на два пучка, один из которых отражается от неподвижно закрепленного зеркала M1, а другой — от зеркала M2, перемещающегося на прецизионных микрометрических салазках параллельно самому себе. Части идущих обратно пучков объединяются ниже пластинки D и дают интерференционную картину в поле зрения наблюдателя E. Интерференционную картину можно фотографировать. В схему обычно добавляют компенсирующую пластинку Dў, благодаря чему пути, проходимые в стекле обоими пучками, становятся одинаковыми и разность хода определяется только положением зеркала M2. Если зеркала отъюстированы так, что их изображения строго параллельны, то возникает система интерференционных колец. Разность хода двух пучков равна удвоенной разности расстояний от каждого из зеркал до пластинки D. Там, где разность хода равна нулю, будет максимум для любой длины волны, и в случае белого света мы получим белое («ахроматическое») равномерно освещенное поле — полосу нулевого порядка. Для ее наблюдения необходима компенсирующая пластинка D’, устраняющая влияние дисперсии в стекле. При перемещении подвижного зеркала наложение полос для разных длин волн дает окрашенные кольца, которые снова смешиваются в белый свет при разности хода в нескольких сотых миллиметра. При монохроматическом освещении, медленно перемещая подвижное зеркало, мы будем наблюдать деструктивную интерференцию, когда перемещение составит четверть длины волны. А при перемещении еще на одну четверть снова будет наблюдаться максимум. При дальнейшем перемещении зеркала будут появляться все новые и новые кольца, но условием максимума в центре картины по-прежнему будет равенство 2d = Nl,
где d — смещение подвижного зеркала, N — целое число, а l — длина волны. Таким образом, расстояния можно точно сравнивать с длиной волны, просто подсчитывая число интерференционных полос, появляющихся в поле зрения: каждая новая полоса соответствует перемещению на l/2. На практике при больших разностях хода получить четкую интерференционную картину нельзя, поскольку реальные монохроматические источники дают свет, хотя и в узком, но конечном интервале длин волн. Поэтому при увеличении разности хода интерференционные полосы, соответствующие разным длинам волн, в конце концов перекрываются настолько, что контраст интерференционной картины оказывается недостаточным для наблюдения. Некоторые длины волн в спектре паров кадмия обладают высокой степенью монохроматичности, так что интерференционная картина образуется даже при разности путей порядка 10 см, а наиболее резкая красная линия используется для определения эталона метра. Еще большей монохроматичностью при высокой интенсивности линий характеризуется излучение отдельных изотопов ртути, получаемых в небольших количествах на ускорителях или в атомном реакторе. Важное значение имеет также интерференция в тонких пленках или в зазоре между стеклянными пластинками. Рассмотрим две очень близко расположенные стеклянные пластинки, освещаемые монохроматическим светом. Свет будет отражаться от обеих поверхностей, но при этом путь одного из лучей (отражающегося от дальней пластинки) будет несколько больше. Поэтому два отраженных пучка дадут интерференционную картину. Если зазор между пластинками имеет форму клина, то в отраженном свете наблюдается интерференционная картина в виде полос (равной толщины), причем расстояние между соседними светлыми полосами соответствует изменению толщины клина на половину длины волны. В случае неровных поверхностей наблюдаются контуры равной толщины, характеризующие поверхностный рельеф. Если пластинки тесно прижаты друг к другу, то можно в белом свете получить цветную интерференционную картину, которую, однако, труднее интерпретировать. Такие интерференционные картины позволяют очень точно сравнивать оптические поверхности, например для контроля поверхностей линз при их изготовлении.
Дифракция. Когда волновые фронты светового пучка ограничиваются, например, диафрагмой или краем непрозрачного экрана, волны частично проникают в область геометрической тени. Поэтому тень оказывается не резкой, как должно было бы быть при прямолинейном распространении света, а размытой. Такое огибание светом препятствий является общим для всех волн свойством и называется дифракцией. Различают два типа дифракции: дифракцию Фраунгофера, когда источник и экран бесконечно удалены друг от друга, и дифракцию Френеля, когда они находятся на конечном расстоянии друг от друга. Примером дифракции Фраунгофера может служить дифракция на одной щели (рис. 17). Свет от источника (щели S’) падает на щель S и проходит к экрану P. Если поместить источник и экран в фокусах линз L1 и L2, то это будет соответствовать их удалению на бесконечность. Если щели S и Sў заменить отверстиями, дифракционная картина будет иметь вид концентрических колец, а не полос, но распределение света по диаметру будет аналогичным. Размер дифракционной картины зависит от ширины щели или диаметра отверстия: чем они больше, тем меньше размер картины. Дифракцией определяется разрешающая способность и телескопа, и микроскопа. Предположим, что имеются два точечных источника, каждый из которых дает на экране свою дифракционную картину. При близком расположении источников две дифракционные картины перекрываются. При этом в зависимости от степени перекрытия можно различить на этом изображении две отдельные точки. Если центр одной из дифракционных картин приходится на середину первого темного кольца другой, то считается, что они различимы. Используя этот критерий, можно найти максимально возможную (ограниченную волновыми свойствами света) разрешающую способность телескопа, которая тем выше, чем больше диаметр его главного зеркала.
Рис. 17. ДИФРАКЦИЯ ФРАУНГОФЕРА.
Из дифракционных приборов наиболее важное значение имеет дифракционная решетка. Как правило, она представляет собой стеклянную пластинку с большим числом параллельных эквидистантных штрихов, проведенных резцом. (Металлическая дифракционная решетка называется отражательной.) На прозрачную дифракционную решетку направляется параллельный пучок света, создаваемый линзой (рис. 18). Выходящие параллельные дифрагированные пучки при помощи другой линзы фокусируются на экран. (Необходимость в линзах отпадает, если дифракционная решетка выполнена в виде вогнутого зеркала.) Решетка разбивает свет на пучки, идущие как в прямом направлении (q = 0), так и под разными углами q в зависимости от периода решетки d и длины волны l света. Фронт плоской падающей монохроматической волны, разбитый щелями решетки, в пределах каждой щели можно в соответствии с принципом Гюйгенса рассматривать как независимый источник. Между волнами, исходящими из этих новых источников, может происходить интерференция, которая будет усиливающей, если разность их хода равна целому кратному длины волны. Разность хода, как это явствует из рис. 18, равна d sinq, а поэтому направления, в которых будут наблюдаться максимумы, определяются условием
Рис. 18. ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА.
Nl = d sinq,
где N = 0, 1, 2, 3 и т.д. Случай N = 0 соответствует центральному, недифрагированному пучку нулевого порядка. При большом числе штрихов возникает ряд четких изображений источника, соответствующих разным порядкам — разным значениям N. Если на решетку падает белый свет, то он разлагается в спектр, но спектры высших порядков могут перекрываться. Дифракционные решетки широко применяются для спектрального анализа. Лучшие решетки имеют размер порядка 10 см и более, а полное число штрихов может превышать 100 000.
Дифракция Френеля. Френель исследовал дифракцию, разбивая волновой фронт падающей волны на зоны так, чтобы расстояния от двух соседних зон до рассматриваемой точки экрана различались на половину длины волны. Он установил, что если отверстия и диафрагмы не очень малы, то дифракционные явления наблюдаются только на краях пучка.
Поляризация. Как уже говорилось, свет — это электромагнитное излучение с векторами напряженности электрического поля и напряженности магнитного поля, перпендикулярными друг другу и направлению распространения волны. Таким образом, помимо своего направления световой пучок характеризуется еще одним параметром — плоскостью, в которой колеблется электрическая (или магнитная) компонента поля. Если колебания вектора напряженности электрического поля в пучке света происходят в одной определенной плоскости (а вектора напряженности магнитного поля — в перпендикулярной ей плоскости), то говорят, что свет является плоскополяризованным; плоскость колебаний вектора E напряженности электрического поля называется плоскостью поляризации. Колебания вектора E в случае естественного света принимают всевозможные ориентации, поскольку свет реальных источников слагается из света, хаотически испускаемого большим числом атомов без какой-либо преимущественной ориентации. Такой неполяризованный свет можно разложить на две взаимно перпендикулярные компоненты одинаковой интенсивности. Возможен и частично поляризованный свет, в котором доли компонент неодинаковы. В этом случае степень поляризации определяется как отношение доли поляризованного света к полной интенсивности. Существуют и два других типа поляризации: круговая и эллиптическая. В первом случае вектор E колеблется не в фиксированной плоскости, а описывает полную окружность при прохождении светом расстояния в одну длину волны; величина вектора при этом остается постоянной. Эллиптическая поляризация аналогична круговой, но только в этом случае конец вектора E описывает не окружность, а эллипс. В каждом из этих случаев в зависимости от того, в какую сторону поворачивается вектор E при распространении волны, возможна правая и левая поляризация. Неполяризованный свет в принципе можно разложить на два пучка с круговой поляризацией в противоположных направлениях. Когда свет отражается от поверхности диэлектрика, например стекла, и отраженный, и преломленный лучи являются частично поляризованными. При некотором угле падения, называемом углом Брюстера, отраженный свет становится полностью поляризованным. В отраженном луче вектор E параллелен отражающей поверхности. В этом случае отраженный и преломленный луч взаимно перпендикулярны, а угол Брюстера связан с показателем преломления n соотношением tgq = n. Для стекла q » 57°.
Двойное лучепреломление. При преломлении света в некоторых кристаллах, таких, как кварц или кальцит, он разделяется на два пучка, один из которых подчиняется обычному закону преломления и называется обыкновенным, а другой преломляется иначе и называется необыкновенным лучом. Оба пучка оказываются плоскополяризованными во взаимно перпендикулярных направлениях. В кристаллах кварца и кальцита имеется также направление, называемое оптической осью, в котором двойное лучепреломление отсутствует. Это означает, что при распространении света вдоль оптической оси его скорость не зависит от ориентации вектора напряженности E электрического поля в световой волне. Соответственно, показатель преломления n не зависит от ориентации плоскости поляризации. Подобные кристаллы называются одноосными. В других направлениях один из лучей — обыкновенный — по-прежнему распространяется с той же скоростью, но луч, поляризованный перпендикулярно плоскости поляризации обыкновенного луча, имеет другую скорость, и для него показатель преломления оказывается другим. В общем случае для одноосных кристаллов можно выбрать три взаимно перпендикулярных направления, в двух из которых показатели преломления одинаковы, а в третьем направлении значение n другое. Это третье направление совпадает с оптической осью. Есть и другой тип более сложных кристаллов, в которых показатели преломления для всех трех взаимно перпендикулярных направлений неодинаковы. В этих случаях имеются две характерные оптические оси, которые не совпадают с рассмотренными выше. Такие кристаллы называются двухосными. В некоторых кристаллах, таких, как турмалин, двойное лучепреломление хотя и имеет место, обыкновенный луч почти полностью поглощается, а выходящий луч является плоскополяризованным. Тонкие плоскопараллельные пластинки, изготовленные из таких кристаллов, очень удобны для получения поляризованного света, хотя поляризация в этом случае и не является стопроцентной. Более совершенный поляризатор можно изготовить из кристалла исландского шпата (прозрачная и однородная разновидность кальцита), определенным образом разрезав его по диагонали на два куска и склеив их затем канадским бальзамом. Показатели преломления этого кристалла таковы, что если разрез сделан правильно, то обыкновенный луч претерпевает на нем полное внутреннее отражение, попадает на боковую поверхность кристалла и поглощается, а необыкновенный проходит через систему. Такая система называется николем (призмой Николя). Если два николя расположить друг за другом на пути светового луча и ориентировать так, чтобы проходящее излучение имело максимальную интенсивность (параллельная ориентация), то при повороте второго николя на 90° поляризованный свет, даваемый первым николем, через систему не пройдет, а при углах от 0 до 90° пройдет лишь часть первоначального светового излучения. Первый из николей в этой системе называется поляризатором, а второй — анализатором. Поляризационные фильтры (поляроиды), хотя они и не являются столь совершенными поляризаторами, как николи, дешевле и практичнее. Они делаются из пластмассы и по своим свойствам сходны с турмалином.
Оптическая активность. Некоторые кристаллы, например кварц, хотя и имеют оптическую ось, вдоль которой отсутствует двойное лучепреломление, тем не менее способны поворачивать плоскость поляризации проходящего через них света, причем угол поворота зависит от оптической длины пути света в данном веществе. Таким же свойством обладают и некоторые растворы, например раствор сахара в воде. Существуют левовращающие и правовращающие вещества в зависимости от направления вращения (со стороны наблюдателя). Поворот плоскости поляризации обусловлен различием в показателях преломления для света с левой и правой круговой поляризацией.
Рассеяние света. Когда свет распространяется в среде с диспергированными малыми частицами, например сквозь дым, часть света рассеивается во всех направлениях вследствие отражения или преломления. Рассеяние может происходить даже на молекулах газа (так называемое рэлеевской рассеяние). Интенсивность рассеяния зависит от числа рассеивающих частиц на пути световой волны, а также от длины волны, причем сильнее рассеиваются коротковолновые лучи — фиолетовые и ультрафиолетовые. Поэтому, пользуясь фотопленкой, чувствительной к инфракрасному излучению, можно делать снимки в тумане. Рэлеевским рассеянием света объясняется голубизна неба: синий свет больше рассеивается, и когда смотришь на небо, этот цвет преобладает. Свет же, прошедший через рассеивающую среду (атмосферный воздух), краснеет, чем и объясняется покраснение солнца на восходе и на закате, когда оно стоит низко над горизонтом. Рассеяние обычно сопровождается поляризационными явлениями, так что для голубого неба в некоторых направлениях характерна значительная степень поляризации. См. также
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ;
КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА;
СПЕКТРОСКОПИЯ.
ЛИТЕРАТУРА
Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., 1973 Ландсберг Г. С. Оптика. М., 1976
Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.
ОПТИКА — это… Что такое ОПТИКА?
оптика — оптика, и … Русский орфографический словарь
ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… … Физическая энциклопедия
ОПТИКА — (греч. optike, от optomai вижу). Учение о свете и действии его на глаз. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОПТИКА греч. optike, от optomai, вижу. Наука о распространении света и действии его на глаз.… … Словарь иностранных слов русского языка
оптика — и, ж. optique f. < optike наука о зрении. 1. устар. Раек (род панорамы). Мак. 1908. Иль в стекла оптики картинные места Смотрю моих усадеб. Державин Евгению. Особенность зрения, восприятия чего л. Оптика глаз моих ограничена; в потемках все… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Современная энциклопедия
Оптика — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, исследующий свет и его свойства. Основные аспекты включают физическую природу СВЕТА, охватывающую как волны, так и частицы (ФОТОНЫ), ОТРАЖЕНИЕ, РЕФРАКЦИЮ, ПОЛЯРИЗАЦИЮ света и его передачу через различные среды. Оптика… … Научно-технический энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, оптики, мн. нет, жен. (греч. optiko). 1. Отдел физики, наука, изучающая явления и свойства света. Теоретическая оптика. Прикладная оптика. 2. собир. Приборы и инструменты, действие которых основано на законах этой науки (спец.). Толковый… … Толковый словарь Ушакова
ОПТИКА — (от греч. optike наука о зрительных восприятиях) раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, его распространение в различных средах и взаимодействие света c веществом. Оптика изучает широкую область спектра электромагнитных… … Большой Энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, и, жен. 1. Раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществом. 2. собир. Приборы и инструменты, действие к рых основано на законах этой науки. • Волоконная оптика (спец.) раздел оптики,… … Толковый словарь Ожегова
ОПТИКА — (от греч. opsis зрение), учение о свете, составная часть физики. О. входит частью в область геофизики (атмосферная О., оптика морей и т. д.), частью в область физиологии (физиол.О.). По своему основному физ. содержанию О. разделяется на физи… … Большая медицинская энциклопедия
ОПТИКА — это… Что такое ОПТИКА?
оптика — оптика, и … Русский орфографический словарь
ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… … Физическая энциклопедия
ОПТИКА — (греч. optike, от optomai вижу). Учение о свете и действии его на глаз. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОПТИКА греч. optike, от optomai, вижу. Наука о распространении света и действии его на глаз.… … Словарь иностранных слов русского языка
оптика — и, ж. optique f. < optike наука о зрении. 1. устар. Раек (род панорамы). Мак. 1908. Иль в стекла оптики картинные места Смотрю моих усадеб. Державин Евгению. Особенность зрения, восприятия чего л. Оптика глаз моих ограничена; в потемках все… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Современная энциклопедия
Оптика — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, оптики, мн. нет, жен. (греч. optiko). 1. Отдел физики, наука, изучающая явления и свойства света. Теоретическая оптика. Прикладная оптика. 2. собир. Приборы и инструменты, действие которых основано на законах этой науки (спец.). Толковый… … Толковый словарь Ушакова
ОПТИКА — (от греч. optike наука о зрительных восприятиях) раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, его распространение в различных средах и взаимодействие света c веществом. Оптика изучает широкую область спектра электромагнитных… … Большой Энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, и, жен. 1. Раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществом. 2. собир. Приборы и инструменты, действие к рых основано на законах этой науки. • Волоконная оптика (спец.) раздел оптики,… … Толковый словарь Ожегова
ОПТИКА — (от греч. opsis зрение), учение о свете, составная часть физики. О. входит частью в область геофизики (атмосферная О., оптика морей и т. д.), частью в область физиологии (физиол.О.). По своему основному физ. содержанию О. разделяется на физи… … Большая медицинская энциклопедия
ОПТИКА — это… Что такое ОПТИКА?
оптика — оптика, и … Русский орфографический словарь
ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… … Физическая энциклопедия
ОПТИКА — (греч. optike, от optomai вижу). Учение о свете и действии его на глаз. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОПТИКА греч. optike, от optomai, вижу. Наука о распространении света и действии его на глаз.… … Словарь иностранных слов русского языка
оптика — и, ж. optique f. < optike наука о зрении. 1. устар. Раек (род панорамы). Мак. 1908. Иль в стекла оптики картинные места Смотрю моих усадеб. Державин Евгению. Особенность зрения, восприятия чего л. Оптика глаз моих ограничена; в потемках все… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Современная энциклопедия
Оптика — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, исследующий свет и его свойства. Основные аспекты включают физическую природу СВЕТА, охватывающую как волны, так и частицы (ФОТОНЫ), ОТРАЖЕНИЕ, РЕФРАКЦИЮ, ПОЛЯРИЗАЦИЮ света и его передачу через различные среды. Оптика… … Научно-технический энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, оптики, мн. нет, жен. (греч. optiko). 1. Отдел физики, наука, изучающая явления и свойства света. Теоретическая оптика. Прикладная оптика. 2. собир. Приборы и инструменты, действие которых основано на законах этой науки (спец.). Толковый… … Толковый словарь Ушакова
ОПТИКА — (от греч. optike наука о зрительных восприятиях) раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, его распространение в различных средах и взаимодействие света c веществом. Оптика изучает широкую область спектра электромагнитных… … Большой Энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, и, жен. 1. Раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществом. 2. собир. Приборы и инструменты, действие к рых основано на законах этой науки. • Волоконная оптика (спец.) раздел оптики,… … Толковый словарь Ожегова
ОПТИКА — (от греч. opsis зрение), учение о свете, составная часть физики. О. входит частью в область геофизики (атмосферная О., оптика морей и т. д.), частью в область физиологии (физиол.О.). По своему основному физ. содержанию О. разделяется на физи… … Большая медицинская энциклопедия
оптика — это… Что такое оптика?
оптика — оптика, и … Русский орфографический словарь
ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… … Физическая энциклопедия
ОПТИКА — (греч. optike, от optomai вижу). Учение о свете и действии его на глаз. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОПТИКА греч. optike, от optomai, вижу. Наука о распространении света и действии его на глаз.… … Словарь иностранных слов русского языка
оптика — и, ж. optique f. < optike наука о зрении. 1. устар. Раек (род панорамы). Мак. 1908. Иль в стекла оптики картинные места Смотрю моих усадеб. Державин Евгению. Особенность зрения, восприятия чего л. Оптика глаз моих ограничена; в потемках все… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Современная энциклопедия
Оптика — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, исследующий свет и его свойства. Основные аспекты включают физическую природу СВЕТА, охватывающую как волны, так и частицы (ФОТОНЫ), ОТРАЖЕНИЕ, РЕФРАКЦИЮ, ПОЛЯРИЗАЦИЮ света и его передачу через различные среды. Оптика… … Научно-технический энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, оптики, мн. нет, жен. (греч. optiko). 1. Отдел физики, наука, изучающая явления и свойства света. Теоретическая оптика. Прикладная оптика. 2. собир. Приборы и инструменты, действие которых основано на законах этой науки (спец.). Толковый… … Толковый словарь Ушакова
ОПТИКА — (от греч. optike наука о зрительных восприятиях) раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, его распространение в различных средах и взаимодействие света c веществом. Оптика изучает широкую область спектра электромагнитных… … Большой Энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, и, жен. 1. Раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществом. 2. собир. Приборы и инструменты, действие к рых основано на законах этой науки. • Волоконная оптика (спец.) раздел оптики,… … Толковый словарь Ожегова
ОПТИКА — (от греч. opsis зрение), учение о свете, составная часть физики. О. входит частью в область геофизики (атмосферная О., оптика морей и т. д.), частью в область физиологии (физиол.О.). По своему основному физ. содержанию О. разделяется на физи… … Большая медицинская энциклопедия
оптика — это… Что такое оптика?
оптика — оптика, и … Русский орфографический словарь
ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… … Физическая энциклопедия
ОПТИКА — (греч. optike, от optomai вижу). Учение о свете и действии его на глаз. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОПТИКА греч. optike, от optomai, вижу. Наука о распространении света и действии его на глаз.… … Словарь иностранных слов русского языка
оптика — и, ж. optique f. < optike наука о зрении. 1. устар. Раек (род панорамы). Мак. 1908. Иль в стекла оптики картинные места Смотрю моих усадеб. Державин Евгению. Особенность зрения, восприятия чего л. Оптика глаз моих ограничена; в потемках все… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Современная энциклопедия
Оптика — ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, раздел физики, исследующий свет и его свойства. Основные аспекты включают физическую природу СВЕТА, охватывающую как волны, так и частицы (ФОТОНЫ), ОТРАЖЕНИЕ, РЕФРАКЦИЮ, ПОЛЯРИЗАЦИЮ света и его передачу через различные среды. Оптика… … Научно-технический энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, оптики, мн. нет, жен. (греч. optiko). 1. Отдел физики, наука, изучающая явления и свойства света. Теоретическая оптика. Прикладная оптика. 2. собир. Приборы и инструменты, действие которых основано на законах этой науки (спец.). Толковый… … Толковый словарь Ушакова
ОПТИКА — (от греч. optike наука о зрительных восприятиях) раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, его распространение в различных средах и взаимодействие света c веществом. Оптика изучает широкую область спектра электромагнитных… … Большой Энциклопедический словарь
ОПТИКА — ОПТИКА, и, жен. 1. Раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществом. 2. собир. Приборы и инструменты, действие к рых основано на законах этой науки. • Волоконная оптика (спец.) раздел оптики,… … Толковый словарь Ожегова
ОПТИКА — (от греч. opsis зрение), учение о свете, составная часть физики. О. входит частью в область геофизики (атмосферная О., оптика морей и т. д.), частью в область физиологии (физиол.О.). По своему основному физ. содержанию О. разделяется на физи… … Большая медицинская энциклопедия
Прикладная оптика — это… Что такое Прикладная оптика?
Прикладная оптика — термин, используемый для обозначения инженерно-технической тематики, посвящённой непосредственной материализации положений физической (теоретической) оптики.
Предметом прикладной оптики является разработка теории, конструирование и практическое применение оптических приборов с учётом положений Теоретической оптики, но своим языком и с использованием собственной, основанной на энергетических характеристиках поля системы понятий.
Создание и расчёт оптических приборов
Создание и расчёт оптических приборов включают в себя:
- обоснование оптической схемы прибора.
- выбор из имеющейся элементной базы конкретных элементов (линз, зеркал, и т. п., создаваемых из определённых материалов, источников излучения и его приемников и т. п.)
- расчёт ошибок (в том числе ошибок изготовления и сборки). [1]
Фотометрия
Общая для всех разделов прикладной оптики научная дисциплина, на основании которой производятся количественные измерения энергетических характеристик поля излучения. Реализация положений Фотометрии осуществляется инженерной дисциплиной — Светотехникой[2],[3].
Неотъемлемой частью расчёта оптических приборов является энергетический расчёт, проводимый с учётом чувствительности приёмника излучения. Именно такой расчёт определяет возможности прибора для решения поставленной перед его использованием задачи.
В физической оптике интенсивность поля электромагнитного излучения определяется квадратом модуля вектора напряженности электромагнитного поля и характеризуется плотностью поля (нем. Energiedichte)[4]
В оптическом диапазоне спектра частоты электромагнитных колебаний настолько высоки, что непосредственное измерение модуля этого вектора (в отличие от радиотехники) невозможно. Современными техническими средствами обеспечивается лишь усреднённое значение этой величины в интервале времени, характеризующемся инерционностью приёмника излучения
Эффекты взаимодействия излучения с веществом, в том числе и с приемником излучения, лежащие в основе выработке несущего информацию сигнала, определяются именно поглощённой энергией излучения, а не напряжённостью электромагнитного поля.
Переход на использование в теоретической оптике энергетических характеристик поля привёл бы к нелинейности уравнений, что лишило бы оснований использование принципа суперпозиции, как базового принципа, позволяющего объяснить многие оптические явления.
Наконец, уравнения Максвелла, позволяющие вычислить значения Е, не содержат в явном виде фотометрических характеристик ни поля излучения, ни характеристик прибора, и потому современная теория оптических приборов не использует математического аппарата теории Максвелла во всей полноте.
Будучи ориентированной на производство, теория оптических приборов продолжает базироваться на использовании геометрической оптики и закона сохранения энергии. [5]
Существует официально признанная совокупность терминов, описывающих энергетические характеристики поля излучения [6].
Примечания
Как работает волоконная оптика?
Криса Вудфорда. Последнее изменение: 26 сентября 2018 г.
Римляне, должно быть, были особенно довольны собой в тот день, когда они изобрели свинцовые трубки около 2000 лет назад. Наконец они у них был простой способ переносить воду из одного места в другое. Представьте, что бы они сделали из современных оптоволоконных кабелей — «труб», которые может передавать телефонные звонки и электронную почту по всему миру за седьмую часть второй!
Фото: Световая труба: волоконная оптика означает направление световых лучей по тонким пластиковым или стеклянным нитям, заставляя их многократно отражаться от стен.Это смоделированное изображение. Обратите внимание, что в некоторых странах, включая Великобританию, волоконная оптика пишется «волоконная оптика». Если вы ищете информацию в Интернете, она всегда стоит поискать оба варианта написания.
Что такое волоконная оптика?
Мы привыкли к тому, что информация путешествует по-разному. Когда мы говорим по стационарному телефону, проводной кабель несет звуки нашего голоса в розетку в стене, где другой кабель берет на местную телефонную станцию.Мобильные телефоны работают иначе способ: они отправляют и получают информацию с помощью невидимых радиоволны — а Технология называется беспроводной, потому что в ней не используются кабели. Волоконная оптика работает третий способ. Он отправляет информацию, закодированную в луче света вниз по стеклянной или пластиковой трубе. Первоначально он был разработан для эндоскопов в 1950-х годов, чтобы помочь врачам заглянуть внутрь человеческого тела без необходимости сначала разрежьте его. В 1960-х инженеры нашли способ использовать та же технология для передачи телефонных звонков со скоростью света (обычно это 186 000 миль или 300 000 км в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей от этой скорости в оптоволоконном кабеле).
Оптическая техника
Фото: Отрезок 144-жильного оптоволоконного кабеля. Каждая прядь сделана из оптически чистого стекла и тоньше человеческого волоса. Изображение Тех. Сержант. Брайан Дэвидсон, любезно предоставлено ВВС США.
Оптоволоконный кабель состоит из невероятно тонких жил. из стекла или пластика, известного как оптические волокна; один кабель может иметь как минимум два прядей или целых несколько сотен. Каждая прядь меньше в десять раз толщиной с человеческий волос и может принимать около 25000 телефонных звонков, Таким образом, весь оптоволоконный кабель может легко передать несколько миллионов вызовов.
Волоконно-оптические кабели передают информацию между двумя местами, используя полностью оптическая (световая) технология. Предположим, вы хотели отправить информация с вашего компьютера на дом друга по улице с помощью волоконной оптики. Вы можете подключить свой компьютер к лазеру, который преобразовал бы электрическую информацию из компьютера в серию световые импульсы. Затем вы запускаете лазер по оптоволоконному кабелю. После прохождения по кабелю световые лучи выходили на другой конец.Вашему другу понадобится фотоэлемент (светочувствительный компонент), чтобы превратить импульсы света обратно в электрическую информацию его или ее компьютер мог понять. Так что весь аппарат будет как действительно изящная высокотехнологичная версия телефона, который можно Сделайте из двух банок для печеной фасоли и отрезка веревки!
Как работает волоконная оптика
На фото: волоконно-оптические кабели достаточно тонкие, чтобы их можно было изгибать, поэтому световые сигналы проходят внутрь по изогнутым путям.Фотография любезно предоставлена Исследовательским центром Гленна НАСА. (НАСА-GRC).
Художественное произведение: Полное внутреннее отражение удерживает световые лучи от внутренней части оптоволоконного кабеля.
Свет распространяется по оптоволоконному кабелю по
многократно отскакивая от стен. Каждый крошечный фотон (частица света)
прыгает по трубе, как бобслей, спускающийся по ледяной трассе. Теперь ваша очередь
может ожидать луч света,
путешествовать по прозрачной стеклянной трубе, чтобы просто просочиться через края.Но
если свет падает на стекло под очень малым углом (менее 42 градусов), он
снова отражается внутрь — как будто стекло на самом деле зеркало. это
явление называется полным внутренним отражением.
Это одна из вещей, которая сохраняет свет внутри трубы.
Еще одна вещь, которая удерживает свет в трубе, — это структура кабель, который состоит из двух отдельных частей. Основная часть кабель — в середине — называется ядром , и это бит свет проходит сквозь.Снаружи ядра обернут еще один слой стекла называется облицовкой . Работа облицовки — сохранить световые сигналы внутри активной зоны. Он может это сделать, потому что он сделан из различный вид стекла в сердцевине. (Технически облицовка имеет более низкий показатель преломления.)
Типы волоконно-оптических кабелей
Оптические волокна передают по ним световые сигналы в так называемых режимах . Звучит технически, но это просто означает разные способы путешествовать: мода — это просто путь, по которому световой луч следует вниз по волокну.Один режим чтобы пройти прямо по середине волокна. Другой — отразите волокно под небольшим углом. Другие режимы включают подпрыгивание вниз по волокну под другими углами, более или менее крутыми.
Иллюстрации: Вверху: свет по-разному распространяется в одномодовых и многомодовых волокнах. Внизу: внутри типичного одномодового оптоволоконного кабеля (не в масштабе). Тонкая сердцевина окружена оболочкой примерно в десять раз большего диаметра, пластиковым внешним покрытием (примерно в два раза больше диаметра оболочки), некоторыми укрепляющими волокнами, изготовленными из жесткого материала, такого как Kevlar®, с внешней защитной оболочкой снаружи.
Простейшее оптическое волокно называется одномодовым . Он имеет очень тонкую сердцевину размером около 5-10 микрон (миллионные доли метр) в диаметре. В одномодовом волокне все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев (желтая линия в диаграмму). Кабельное телевидение, Интернет и телефонные сигналы обычно передаются по одномодовым волокна, собранные вместе в огромный пучок. Такие кабели могут отправлять информация за 100 км (60 миль).
Другой тип оптоволоконного кабеля называется многорежимный .Каждое оптическое волокно в многомодовый кабель о 10 раз больше одного в одномодовом кабеле. Это означает, что световые лучи могут проходить через ядро, следуя Разновидность разные пути (желтые, оранжевые, синие и голубые линии) — другими словами, в несколько разных режимов. Многорежимные кабели могут отправлять только информацию на относительно короткие расстояния и используются (среди прочего) для соединить компьютерные сети вместе.
Еще более толстые волокна используются в медицинском инструменте, называемом гастроскопом (разновидность эндоскопа), врачи протыкают кому-то горло, чтобы обнаружить внутри него болезни их желудок.Гастроскоп — это толстый оптоволоконный кабель, состоящий из многих оптических волокон. На верхнем конце гастроскопа есть окуляр и лампа. Лампа направляет свой свет на одну часть кабеля в живот пациента. Когда свет достигает желудка, он отражается стенки желудка в линзу внизу кабеля. Затем он возвращается в другую часть кабель в окуляр врача. Остальные типы эндоскопов работают так же способ и может использоваться для осмотра различных частей тела.Также есть промышленный вариант инструмента, называемый фиброскопом, который можно использовать исследовать такие вещи, как недоступные части оборудования в самолете двигатели.
Используется для волоконной оптики
Стрельба по трубе кажется изящной научной партийный трюк, и вы можете не подумать, что у что-то такое. Но так же, как электричество может привести в действие многие типы машин, лучи света могут нести многие типы информация, поэтому они могут помочь нам во многих отношениях.Мы просто не замечаем насколько обычными стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными этажами и улицами города. Технологии, использующие это — компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военная техника (назвать всего четыре) — причем незаметно.
Фото: Работа с волоконно-оптическими кабелями. Изображение Натанаэля Каллона, любезно предоставлено ВВС США.
Компьютерные сети
Волоконно-оптические кабели в настоящее время являются основным средством передачи информации на большие расстояния, поскольку у них есть три очень больших преимущества перед медными кабелями старого образца:
- Меньшее затухание : (потеря сигнала) Информация проходит примерно в 10 раз дальше, прежде чем ей потребуется усиление, что делает оптоволоконные сети более простыми и дешевыми в эксплуатации и обслуживании.
- Нет помех : В отличие от медных кабелей, между оптическими волокнами нет «перекрестных помех» (электромагнитных помех), поэтому они передают информацию более надежно и с лучшим качеством сигнала.
- Более высокая пропускная способность : Как мы уже видели, оптоволоконные кабели могут передавать гораздо больше данных, чем медные кабели того же диаметра.
Вы сейчас читаете эти слова благодаря Интернет. Вы наверняка наткнулись на эту страницу с поисковой системой как Google, который управляет всемирной сетью гигантских центров обработки данных соединены оптоволоконными кабелями большой емкости (и сейчас пытается развернуть быстрые оптоволоконные соединения для всех остальных).Нажав на ссылку на поисковую систему, вы загрузили эту веб-страницу из моей сети сервер и мои слова почти всю дорогу до вас дошли волоконно-оптические кабели. Действительно, если вы используете быстрый оптоволоконный широкополосные, оптоволоконные кабели делают почти всю работу каждый раз вы выходите в интернет. При большинстве высокоскоростных широкополосных подключений только последний этап информационного пути (так называемый «последний миля «от оптоволоконного шкафа на улице до дома или квартира) подразумевает старые провода.Это оптоволоконные кабели, не медные провода, которые теперь несут «лайки» и «твиты» под наши улицы, через все большее количество сельских районов, и даже глубоко под океанами, соединяющими континенты. Если вы представите себе Интернет (и Всемирная паутина, которая использует его) как глобальная паутина, скрепляющие ее нити — оптоволоконные кабели; по некоторым оценкам, оптоволоконные кабели покрывают более 99 процентов от общего пробега Интернета, и переносят более 99 процентов всего международного коммуникационного трафика.
Чем быстрее люди получают доступ в Интернет, тем больше они могут — и будут — делать в сети. Прибытие из широкополосный Интернет сделал возможным явление облачных вычислений (где люди хранят и обрабатывают свои данные удаленно, используя онлайн вместо домашнего или рабочего ПК в собственном помещении). В примерно так же стабильное развертывание широкополосного оптоволокна (обычно В 5–10 раз быстрее, чем обычный широкополосный DSL, который использует обычные телефонные линии) сделает его более привычным для люди занимаются такими вещами, как потоковая передача фильмов в Интернете вместо просмотра телетрансляция или прокат DVD.С большей емкостью волокна и быстрее связи, мы будем отслеживать и контролировать многие другие аспекты наша жизнь в сети с использованием так называемого Интернета вещей.
Но не только общедоступные интернет-данные течет по волоконно-оптическим линиям. Когда-то компьютеры были подключены к на большие расстояния по телефонным линиям или (на короткие расстояния) по меди Кабели Ethernet, но все чаще предпочтительнее оптоволоконные кабели метод объединения компьютеров в сеть, потому что они очень доступны, безопасны, надежны и имеют гораздо большую вместимость.Вместо того, чтобы связывать офисов через общедоступный Интернет, это вполне возможно для компания для создания собственной оптоволоконной сети (если она может себе это позволить) или (что более вероятно) купить место в частной оптоволоконной сети. Многие частные компьютерные сети работают на так называемом темном волокне , которое звучит немного зловеще, но это просто неиспользованная емкость другого сеть (оптические волокна ожидают включения).
Интернет был продуман так, чтобы вид информации для любого использования; это не ограничивается ношением компьютерные данные.Когда-то по телефонным линиям выходил Интернет, теперь же вместо этого через волоконно-оптический Интернет можно звонить по телефону (и Skype). Там, где телефонные звонки когда-то направлялись по сложной мозаике медные кабели и микроволновые линии между городами, самые дальние теперь звонки направляются по оптоволоконным линиям. С 1980-х гг. Было уложено огромное количество волокна; оценки сильно различаются, но считается, что общая мировая длина составляет несколько сотен миллионов километров (достаточно, чтобы пересечь Соединенные Штаты примерно миллион раз).В середине 2000-х было подсчитано, что до 98 процентов этого количества было неиспользованным «темным волокном»; Сегодня, несмотря на то, что используется гораздо больше волокон, все еще считается, что большинство сетей содержат от одной трети до половины темного волокна.
Фото: Строительство оптоволоконных сетей обходится дорого (в основном потому, что рытье улиц стоит очень дорого). Поскольку затраты на рабочую силу и строительство намного дороже, чем сам кабель, многие сетевые операторы сознательно прокладывают гораздо больше кабеля, чем им нужно в настоящее время.Изображение Криса Уиллиса любезно предоставлено ВВС США.
Радиовещание
Еще в начале 20 века радио и Телевещание родилось из относительно простой идеи: это было технически довольно легко снимать электромагнитные волны через воздух от одного передатчика (на радиостанции) до тысяч антенн в домах людей. В наши дни, когда радио все еще работает в воздухе, мы с такой же вероятностью ТВ через оптоволоконный кабель.
компании кабельного телевидения первыми перешли от с 1950-х годов, первоначально использовались коаксиальные кабели (медные кабели с металлической оболочкой, обернутой вокруг них для предотвращения перекрестных помех), по которым передавалось лишь небольшое количество аналоговых телевизионных сигналов.По мере того, как все больше и больше людей подключались к кабелю, и сети начали предлагать больший выбор каналов и программ, кабельные операторы сочли необходимо перейти с коаксиальных кабелей на оптоволокно и с аналогово-цифровое вещание. К счастью, ученые уже выясняли, как это могло быть возможно; еще в 1966 году, Чарльз Као (и его коллега Джордж Хокхэм) посчитали, доказав, как одиночный оптоволоконный кабель может несут достаточно данных для нескольких сотен телеканалов (или нескольких сотен тысяч телефонных звонков).Это был лишь вопрос времени, когда мир кабельного телевидения обратил на это внимание — и «новаторское достижение» Као было должным образом признано когда ему была присуждена Нобелевская премия по физике 2009 года.
Помимо гораздо большей емкости, оптический волокна меньше страдают от помех, поэтому обеспечивают лучший сигнал (рисунок и звук) качество; им нужно меньше усиления для усиления сигналов, поэтому они путешествуют на большие расстояния; и они вообще дороже эффективный. В будущем оптоволоконный широкополосный доступ может стать большинство из нас смотрит телевизор, возможно, через такие системы, как IPTV (телевидение по Интернет-протоколу), в которых используется Стандартный способ передачи данных в Интернете («коммутация пакетов») в обслуживать телепрограммы и фильмы по запросу.Пока медный телефон линия по-прежнему является основным информационным маршрутом в дома многих людей, в будущем нашим основным соединением с миром будет высокоскоростной оптоволоконный кабель. кабель, несущий любую информацию.
Медицина
Медицинские гаджеты, которые могут помочь врачам сориентироваться внутри наших тел, не разрезая их, были первыми собственными применение волоконной оптики более полувека назад. Cегодня, гастроскопы (как их называют) так же важны, как и никогда, но волоконная оптика продолжает порождать важные новые формы медицинское сканирование и диагностика.
Одной из последних разработок называется лаборатория на волокно , и включает в себя вставку тонких волоконно-оптических кабелей с встроенные датчики в тело пациента. Эти виды волокон аналогичны по масштабу кабелям связи и тоньше относительно короткие световоды, используемые в гастроскопах. Как они работай? Через них проходит свет от лампы или лазера через деталь. тела, который доктор хочет изучить. Когда свет проникает сквозь волокна, тело пациента меняет свои свойства в определенных способ (очень незначительное изменение интенсивности или длины волны света, возможно).Измеряя изменение света (используя методы например, интерферометрия), инструмент, прикрепленный к другому концу волокно может измерить некоторые важные аспекты того, как тело пациента работает, например, их температура, артериальное давление, pH клеток, или наличие лекарств в их кровотоке. Другими словами, вместо того, чтобы просто использовать свет, чтобы заглянуть внутрь тела пациента, это Тип волоконно-оптического кабеля вместо этого использует свет для его измерения или измерения.
Военный
Фото: Волоконная оптика на поле боя.У этой усовершенствованной оптоволоконной управляемой ракеты (EFOG-M) в носу установлена инфракрасная оптоволоконная камера, чтобы стрелок, стреляющий по ней, мог видеть, куда она движется. Изображение любезно предоставлено Армия Соединенных Штатов.
Легко представить пользователей Интернета, связанных вместе гигантскими паутинами оптоволоконных кабелей; это гораздо менее очевидно что высокотехнологичные вооруженные силы мира связаны таким же образом. Волоконно-оптические кабели недорогие, тонкие, легкие, емкие, устойчивы к атакам и чрезвычайно безопасны, поэтому предлагают идеальные способы подключения военных баз и других объектов, таких как ракетные стартовые площадки и радиолокационные станции.Поскольку они не переносят электрические сигналы, они не излучают электромагнитные излучение, которое может обнаружить противник, и они устойчивы к электромагнитные помехи (в том числе систематическое «глушение» противника атаки). Еще одно преимущество — относительно легкий вес волокна. кабели по сравнению с традиционными проводами из громоздких и дорогих медь металлическая. Танки, военные самолеты и вертолеты есть все постепенно переходят с металлических кабелей на оптоволоконные. Частично это вопрос снижения затрат и экономии веса (оптоволоконные кабели весят около 90 процентов меньше, чем у сопоставимых медных кабелей типа «витая пара»).Но это также повышает надежность; например, в отличие от традиционных кабелей на самолете, которые должны быть тщательно экранированы (изолированы) для защиты им против ударов молнии, оптические волокна полностью невосприимчивы к такой проблеме.
Кто изобрел волоконную оптику?
- 1840-е: швейцарский физик Даниэль Колладон (1802–1893) обнаружил, что может светить через водопроводную трубу. Вода несла свет внутреннее отражение.
- 1870: Ирландский физик Джон Тиндалл (1820–1893) продемонстрировал внутреннюю рефлексию в Лондонском Королевском обществе.Он посветил в кувшин с водой. Когда он налил немного воды из кувшина, свет изогнулся по пути воды. Эта идея «изгиба» свет «именно то, что происходит в волоконной оптике. Хотя Colladon Истинный дедушка волоконной оптики, Тиндаль часто заслуживает уважения.
- 1930-е годы: Heinrich Lamm и Walter Gerlach , два Немецкие студенты пытались использовать световые трубки для изготовления гастроскопа — инструмент для заглядывания в чей-то желудок.
- 1950-е: в Лондоне, Англия, индийский физик. Нариндер Капани (1926–) и британский физик Гарольд Хопкинс (1918–1994) удалось отправить простую картинку по световой трубе, сделанной из тысяч стекловолокон. После публикации множества научных работ Капани заработал репутацию «отец волоконной оптики».
- 1957: Трое американских ученых из Мичиганского университета, Лоуренс Кертисс , Бэзил Хиршовиц и Уилбур Петерс, успешно использовали волоконно-оптическую технологию для создания первого в мире гастроскопа.
- 1960-е годы: американский физик китайского происхождения Чарльз Као (1933–2018) и его коллега Джордж Хокхэм осознали, что нечистое стекло бесполезно для волоконной оптики дальнего действия. Као предположил, что оптоволоконный кабель, сделанный из очень чистого стекла, сможет передавать телефонные сигналы на гораздо большие расстояния, и был удостоен награды Нобелевская премия по физике 2009 г. за это новаторское открытие.
- 1960-е годы: исследователи из Corning Glass Company создали первый оптоволоконный кабель, способный передавать телефонные сигналы.
- ~ 1970: Дональд Кек и его коллеги из Corning нашли способы посылать сигналы гораздо дальше (с меньшими потерями), что побудило разработка первых оптических волокон с низкими потерями.
- 1977: Первый оптоволоконный телефонный кабель был проложен между Лонг-Бич и Артезией, Калифорния.
- 1988: Первый трансатлантический оптоволоконный телефонный кабель TAT8 был проложен между США, Францией и Великобританией.
- 2019: По данным TeleGeography, в настоящее время существует около 378 подводных волоконно-оптических кабелей. (несущие коммуникации под мировым океаном), протяженностью в общей сложности 1.2 миллиона км (0,7 миллиона миль).
Введение в оптический дизайн
Введение в оптический дизайн | Synopsys- Товары
- Решения
- Ресурсы
- Сервисы
- Сообщество
- Повышение квалификации
- инструменты
- Сервисы
- Повышение квалификации
- Решения
- Ресурсы
- Клиенты
- Партнеры
- Блог
- Насчет нас
- Отношения с инвесторами
- Сообщество
- отдел новостей
- Ресурсы
- Карьера
— Викисловарь
английский [править]
Произношение [править]
Этимология 1 [править]
От средневекового латинского opticus («оптический, оптический»), от древнегреческого ὀπτικός (optikós), что эквивалентно optic + -ics .
Существительное [править]
оптика (бесчисленное количество )
- (физика) Физика света и зрения.
- Аспекты устройства, связанные со светом.
Оптика этого телескопа особенно хороша.
- 2013 Сентябрь-октябрь, Генри Петроски, «Эволюция очков», в American Scientist :
Копая глубже, изобретение очков является развитием более фундаментального развития технологии оптики . Способность сегмента стеклянной сферы увеличивать все, что помещается до этого, была известна примерно в 1000 году, когда сферический сегмент назывался камнем для чтения, […].
- (переносное) Восприятие, имидж, связи с общественностью.
- 2007 1 января, Марк Стейн, «Открытие« поворотного момента »в истории», в The Jerusalem Post :
- […] Мне было бы интересно узнать, давали ли власти США какие-либо «советы» по оптике : Иксней о подземелье пыток, […]; Если вам необходимо присутствие близких жертв, выбирайте вдов и фотогеничных сирот, а не мальчиков Моктады.
- 2015 28 сентября, Дэн Нил, цитируется в «Папа Франциск и маленькая черная машинка», BBC News:
- «Есть также мягкий кивок в адрес Ватикана и Италии, который показывает, что Папа не прочь немного поиграть с оптикой — я уверен, что он и генеральный директор Fiat встретились».
- 2007 1 января, Марк Стейн, «Открытие« поворотного момента »в истории», в The Jerusalem Post :
Переводы [править]
физика света и зрения
Этимология 2 [править]
Существительное [править]
оптика
- множественное число оптика
Анаграммы [править]
.Что такое волоконная оптика? — Физика для детей
Возможно, вы слышали о волоконной оптике, но само название ничего не говорит об этой увлекательной технологии. Этот термин используется для обозначения технологии, в которой энергия света используется для передачи данных, так же, как вы использовали бы электрический импульс в медном проводе. Поскольку свет распространяется со скоростью 300 000 км / сек в секунду, волоконно-оптические технологии значительно снизили скорость, с которой информация может быть отправлена и получена по оптоволоконным кабелям.
ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
Оптическое волокно представляет собой полугибкую, прозрачную и очень тонкую прядь из чистого стекла диаметром с человеческий волос. Тысячи этих жил скомпонованы в жгуты, чтобы получился более толстый кабель. Поскольку стекло оптически прозрачно, мы можем посылать информационные лучи света на большие расстояния.
Волоконно-оптический кабель состоит из пяти частей:
Стеклянные нити, соединенные вместе, образуя один единственный канал света, называемый сердечником.Диаметр ядра определяет, сколько информации можно отправлять и получать за один раз.
Защитная оболочка или покрытие вокруг любой конструкции или материала называется облицовкой. В волоконно-оптических кабелях оболочка из диоксида кремния увеличивает полное внутреннее отражение жилы. Следовательно, световой импульс может пройти по всей длине волокна с небольшой потерей данных.
Слой пластмассы окружает сердцевину и оболочку для усиления сердцевины волокна. Покрытие обеспечивает дополнительную защиту и предотвращает чрезмерное изгибание кабеля.
Упрочняющие волокна вокруг покрытия придают покрытию дополнительную поддержку, особенно когда речь идет о растяжении.
Наконец, все это покрыто оболочкой кабеля, как и любой другой кабель или провод.
Единственная часть оптоволоконного кабеля, по которой передаются данные, — это крошечная сердцевина в центре, но она имеет слой за слоем защиты, потому что стекло чрезвычайно хрупкое и для его наилучшего функционирования не может быть вообще не обрывается в волокне. Добавьте к этому высокую стоимость их производства, и вы поймете, почему необходимо принимать все меры предосторожности для предотвращения повреждений.
Полное внутреннее отражение
Если вы осветите факелом длинный коридор, вы увидите, что свет распространяется по прямым линиям до конца коридора. Если бы в коридоре был поворот, вы могли бы поставить зеркало на повороте, и свет отражался бы, изменяя направление и продолжая движение вниз по повороту. Но что, если бы в этом коридоре было много изгибов и поворотов, и вам нужно было светить туда, где вы стоите, до конца коридора? Вы можете создать сложную систему зеркал, чтобы свет продолжал отражаться, пока не достигнет конца.
Волоконно-оптический кабель может сделать это не с помощью сложной сборки зеркал, а благодаря явлению полного внутреннего отражения. Думайте о облицовке как о множестве зеркал вдоль стен коридора из волокна, непрерывно отражающего свет. Таким образом, свет содержится внутри жилы и продолжает свой путь внутри кабеля без ухудшения качества.
Как работает волоконная оптика?
- Первым этапом передачи информации по оптоволоконному кабелю является передатчик.Передатчик отвечает за преобразование электрического цифрового сигнала в световой сигнал. Он выводит информацию на свет в виде изменений интенсивности и частоты пульса.
- Если лучу нужно пройти большое расстояние, он должен пройти через оптический регенератор. Это изящное устройство повторно увеличивает силу луча, копируя сообщение и отправляя дубликат по назначению. Сообщение может пройти через несколько оптических регенераторов на своем пути.
- Наконец, луч света с запечатленным на нем сообщением достигает оптического приемника.Здесь он декодируется обратно в двоичный цифровой формат.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
- Чаще всего волоконная оптика используется в области связи. Огромные объемы данных отправляются и принимаются по сетям оптоволоконных кабелей для различных отраслей, таких как кабельное телевидение, телефоны и Интернет.
- Поскольку эти кабели могут изгибаться, врачи используют их во время хирургических операций, чтобы направить свет внутрь труднодоступных частей тела.
- Волоконно-оптические прицелы также используются инженерами и механиками для того, чтобы направить свет на детали машин с множеством поворотов и изгибов, куда свет не может легко распространяться.
- Он также используется для получения изображений в труднодоступных местах или местах с экстремальными условиями, например, глубоко под землей, под водой или внутри тела.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Волоконно-оптические кабели изменили индустрию связи. До его изобретения мы полагались на медные провода, по которым передаются электрические сигналы. Объем данных уменьшался при перемещении по предкам оптоволоконных кабелей, а иногда даже полностью терялся. Эти гибкие, легкие, негорючие и маломощные кабели могут быть дорогими, но определенно стоят своего веса.
- Чем двоичный сигнал отличается от аналогового сигнала?
- Врачи используют оптоволоконные прицелы при выполнении определенного типа хирургического вмешательства, называемого лапроскопией. Можете ли вы узнать, что это за хирургическая техника и чем полезен оптоволоконный телескоп?
- Узнайте, возможно ли полное внутреннее отражение от других материалов, кроме стекла.
