Вопрос № 1 Физи́ческая о́птика — раздел оптики, изучающий оптические явления, выходящие за рамки приближения геометрической оптики. К таким явлениям относятся дифракция, интерференция света, поляризационные эффекты, а также эффекты, связанные с распространением электромагнитных волн в нелинейных и анизотропных средах.
СВЕТОВАЯ ВОЛНА — электромагнитная волна видимого диапазона длин волн.
Основные характеристики: интерференция света дифракция света,- поляризация света,- дисперсия света.

ЭЛЕКТРОМАГНИ́ТНЫХ ВОЛН ШКАЛА́, шкала физических величин, представляющих собой непрерывную последовательность частот и длин волн электромагнитных излучений, характеризующих распространяющееся в пространстве электромагнитное поле

Вопрос №  2

Когерентные источники света – это источники, которые имеют постоянную во времени разность фаз, согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов, степень которых различна.
Условия усиления и ослабления волн.

1. Если на разности хода укладывается четное число полуволн, то в этой точке А будет усиливаться амплитуда .
Формула: сигма = 2mл / 2 =  mл
где m = 0,1,2,3 …..- порядок максимума . Условие максимума интерференции.
Условие минимума интереференции
сигма =( 2m +-  1 ) л / 2

максимум интерференции наблюдается в тех точках для которых оптическая разность хода  равна целому числу длин волн ( четному числу полуволн), минимум в тех точках , для которых оптическая разность хода равна нечетному числу полуволн.

Для получения же устойчивой интерференционной картины нужны согласованные волны. Они должны иметь одинаковые длины волн и постоянную во времени разность фаз в любой точке пространства.

Вопрос №  3Интерференция света — явление наложения когерентных световых волн дающее устойчивую интерференционную картину.
Условия интерференции света .

Интерференцию света можно получить если волны когерентны и они имеют :одинаковую плоскость поляризации, одинаковую частоту,постоянную во времени разность фаз

РАЗНОСТЬ ХОДА лучей (в оптике) - разность оптических длин путей двух световых лучей, имеющих общие начальную и конечную точки

Вопрос 4Интерференция света — явление наложения когерентных световых волн дающее устойчивую интерференционную картину.

максимум интерференции наблюдается в тех точках для которых оптическая разность хода  равна целому числу длин волн ( четному числу полуволн), минимум в тех точках , для которых оптическая разность хода равна нечетному числу полуволн.

Интерферометр — измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков.

Его применяют для измерения показателей преломления

Вопрос № 5 .Принцип Гюйгенса-Френеля :

Каждая точка волновой поверхности которой достигла в данный момент волна является центром элементарных вторичных волн, их внешняя огибающая будет волновой поверхностью в следующий момент времени .

Для волновой поверхности произвольной формы такой рассчет достаточно сложен , но в отдельных случаях ( сферическая или плоская волновая поверхность, симметричное расположение точки относительно волновой поверхности и прозрачной преграды) вычисления сравнительно просты. Волновую поверхность при этом разбивают на отдельные участки ( зоны Френеля ) расположенные  определенным образом , что упрощает математические опреации.

Вопрос 6. Дифракция света- отклонение световых волн от прямолинейного распространения, огибание встречающихся препятствий.

Принцип Гюйгенса-Френеля:Согласно Гюйгенсу, каждая точка волновой поверхности, которой достигла в данный момент волна, является центром элементарных вторичный волн, их внешняя огибающая будет волновой поверхностью в последующий момент времени. Френель дополнил это положение Гюйгенса, введя представление о когерентных вторичных  волн и их интерференции. В таком общем виде эти идеи получили название принципа Гюйгенса-Френеля.

Дифракция на щели в параллельных лучах:На узкую длинную щель, расположенную в плоской непрозрачной преграде, нормально падает плоскопараллельный пучок монохроматического света. Если бы не было дифракции, то световые пучки, пройдя через щель сфокусировались бы в одной точке, лежащей на главной оптической оси линзы. Дифракция света существенно изменяет явление. Все лучи света когерентны, т.к. исходят от одного источника. Ширина щели есть часть волновой поверхности, каждая точка которой является центром вторичных волн, распространяющихся за щелью по всем возможным направлениям. Таким образом на экране получится система светлых(максимум) и темных(минимум) полос или симметрично расположенных влево и вправо от центральной, наиболее яркой, полосы.Интенсивность остальных максимумов убывает по мере удаления от центрального максимума.Если щель освещать белым светом, то на экране образуется система цветных полос, лишь центральный максимум будет сохранять цвет падающего света.

Вопрос 7. Дифракционная решетка- оптическая устройство, представляющее собой совокупность большого числа параллельных, обычно равностоящих друг от друга щелей

Формула дифракционной решетки:

  d период решётки, a — угол максимума данного цвета,k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки, лямда — длина волны.

Дифракционный спектр:

При прохождении белого света через дифракционную решётку, каждая длина волны отклоняется на свой угол дифракции, поэтому свет раскладывается в спектр, причём визуально это выглядит как повторяющиеся разноцветные штрихи. А чем дальше двигаться от центра, тем расстояние между ними будет больше.

В дифракционном спектре отклонение лучей строго пропорционально длине волны,

дифракционный спектр наиболее растянут в сторону красных лучей.

Применение дифракционной решетки:

Дифракционную решётку применяют в спектральных приборах, также в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений (измерительные дифракционные решётки), поляризаторов и фильтров инфракрасного излучения, делителей пучков в интерферометрах и так называемых «антибликовых» очках.

Вопрос 8. Дифракция рентгеновских лучей -рассеяние рентгеновских лучей кристаллами (или молекулами жидкостей и газов), при котором из начального пучка лучей возникают вторичные отклонённые пучки той же длины волны, появившиеся в результате взаимодействия первичных рентгеновских лучей с электронами вещества; направление и интенсивность вторичных пучков зависят от строения рассеивающего объекта.

Основы рентгеноструктурного анализа.

Рентгеноструктурный анализ-это измерение параметров кристаллической  решетки при помощи дифракции рентгеновских лучей.

Формула Вульфа-Брегга:

Дифракцию рентгеновских лучей можно рассматривать как зеркального отражение от системы параллельных кристаллических плоскостей.

 d- межплоскостное расстояние, - угол скольжения. наиболее эффективными являются такие плоскости, в которых атомы расположены наиболее плотно

.

Вопрос 9. Голография- метод записи и восстановления изображения, основанный на интерференции и дифракции волн.

Принципы получения и восстановления голограммы:

Голография позволяет фиксировать и воспроизводить более полные сведения об объекте с учетом амплитуд и фаз волн, рассеянных предметом. Регистрация фазы возможна вследствие интерференции волн. С этой целью по светофиксирующую поверхность посылают две когерентные волны: опорную, идущую непосредственно от источника света или зеркала, и сигнальную, которая проявляется при рассеянии чести опорной волны предметом и содержит соответствующую информацию о нем.

Применение:В настоящее время голография представляет собой одно из главных направлений в оптических исследованиях. Ведутся исследования и разработки по применению голографии в медицине. Например, при получении оптических голограмм глаза, обеспечивающих единое трехмерное изображение хрусталика и сетчатки, или акустических голограмм тела, которые могут иметь важное преимущество по сравнению с двумерными рентгенограммами.

Вопрос 10. Любой предмет явл. Совокупностью точек, поэтому рассуждения, приведенные для одной точки могут быть обобщены и на голографию любого предмета. Голографические изображения объемны, и  их зрительное восприятие ничем не отличается от восприятия соответ. предметов. Т. К. условия отражения и поглощения электромагнитных волн телами зависит от длины волны,то эта особенность голографии позволяет использовать ее как метод внутривидения или индоскопии.

Важные перспективы в медицине открываются в связи с ультразвуковой голографией.Она может быть использована в рассматривание внутренних органов человека с диагностической целью, определ. пола внутриутробного ребенка и т.д.

Еще одно медико-биологическое значение голографии связано с голографическим микроскопом. Его устройство основано на том, что изображение предмета получается увеличенным, если голограмму, записанную с плоской опроной волной, осветить расходящейся сферической волной.

Вопрос 11 Закон отражения света-угол падения луча-это угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке излома луча( угол  ). Углом отражения луча наз-ся угол между отраженным лучоми перпендикуляром к отражающей поверхности в точке излома луча(угол    )

При отражении света всегда выполняются две закономерности: первая-луч падающий,луч отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности в точке излома луча всегда лежат в одной плоскости. Вторая—угол падения = углу отражения.Эти два утверждения выражают суть закона отражения света.

Закон отражения явл-ся справедливым как для случая       зеркального, так и для случая рассеянного отражения света.

Обратимся к чертежам . Несмотря на кажущуюся беспорядочность в отражении лучей на правом чертеже,все они расопложены так,что углы отражения = углам падения. Шероховатую поверхность правого чертежа  разделили на отдельые элементы и провеи перпендикуляры в точках излома

Пусть две прозрачные среды находятся в контакте, и из среды I в сторо-

ну среды II распространяется луч света (рис.1, а, б). Тогда на границе раздела

двух сред происходит отражение и преломление (рефракция) света.

Эти процессы подчиняются следующим законам:

1. Отраженный (1’) и преломленный (1”) лучи лежат в одной плоскости,

проходящей через падающий луч (1) и перпендикуляр (2) к

поверхности раздела.

2. Угол отражения γ равен углу падения α: γ — α.

3. Синус угла падения α относится к синусу угла преломления βкак показатель преломления (n2) во второй среде к показателю преломления в

первой среде (n1): 

Вопрос 12.

На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, также меняя при этом, как правило, направление распространения. Это явление называется преломлением света. Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменение формы предметов, их расположения и размеров. В этом нас могут убедить простые наблюдения. Положим на дно пустого непрозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью. Установим наклонно карандаш в сосуде с водой. Если посмотреть на сосуд сбоку, то можно заметить, что часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону .

Предельный угол преломления – наибольший угол падения  луча,при котором еще имеет место преломление при переходе луча в менее плотную среду.При углах падения больше предельного происходит полное внутреннее отражение.

Величина предельного угла преломления зависит от относительного показателя преломления: sinb=1/n.

Вопрос 13.

Абсолютный показатель преломления вещества — величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде - n=c/v.

Относительный показатель преломления – величина,равная отношению скорости света в одной среде к скорости света в другой(второй среды относительно второй) – n21=n2/n1.

Величина n есть относительный показатель преломления среды В по отношению к среде А, а n' = 1/n есть относительный показатель преломления среды А по отношению к среде В.

Эта величина при прочих равных условиях больше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и меньше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твердое тело). Есть исключения из этого правила, и потому принято называть среду оптически более или менее плотной, чем другая.

Физический смысл показателя преломления n — отношение скорости света

в вакууме к скорости света ν в данной среде: 

n=c/v

Отношение показателей преломления двух сред — среды 2 с показателем

преломления n 2 и среды 1 с показателем преломления n 1 — называют относи-

тельным коэффициентом преломления: 

n21=n2/n1

Основной закон преломления.

Преломление света — явление, при котором луч света, переходя из одной среды в другую, изменяет направление на границе этих сред.

Закон:

Лучи падающий,преломленный  и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред:sin a/sin b=n

закон преломления света,

где α — угол падения,

β — угол преломления,

n — постоянная величина, не зависящая от угла падения.

При изменении угла падения изменяется и угол преломления. Чем больше угол падения, тем больше угол преломления.

Вопрос 14.

Рефрактометр состоит из коллимирующей системы и двух прямоугольных призм, между гипотенузными гранями которых находится небольшой зазор (около 0,1 мм). В зазор помещается исследуемая жидкость. Обе призмы должны иметь высокий показатель преломления (n=1.7 для жёлтой линии натрия \lambda_D=589,3\,nm). В простейшей конструкции рефрактометра свет проникает через верхнюю призму, чья гипотенузная грань матовая. После неё свет рассеивается и проходит сквозь исследуемую жидкость в большом интервале углов. В этом интервале будет луч, скользящий по поверхности нижней призмы, которому будет соответстовать предельный угол преломления. Лучи с бо́льшими углами преломления будут отсутствовать. Поэтому выходящий из нижней призмы свет будет иметь резкую границу, если его источник был монохроматичным.

Коллимирующая система может состоять из зрительной трубы, установленной на бесконечность. В неё направляется выходной поток света из призм и там же просматривается шкала с показателями преломления. Поворотами призм выходные лучи направляют так, чтобы можно было одновременно видеть границу света и шкалу, после чего неизвестный показатель преломления жидкости определяется по положению резкой границы света и тени на шкале.

Так как обычно источники света не монохроматичны, до окуляра располагают компенсатор из двух одинаковых призм Амичи.

Принцип работы рефрактометра Аббе основан на явлениях, происходящих на границе раздела сред с разными показателями преломления при прохождении через границу светового пучка, а точнее на явлении полного внутреннего отражения.

Принцип действия рефрактометра.(из практикума 2 стр 20)

Рефрактометр (рис.2а) предназначен для измерения коэффициента преломления растворов различных веществ. Принцип действия рефрактометра при измерении показателя преломления прозрачных растворов состоит в измерении предельного угла преломления на границе исследуемой жидкости и стеклянной призмы с известным коэффициентом преломления. Рефрактометр состоит из двух призм: вспомогательной откидной призмы (1) с матовой; гранью (2) и измерительной призмы (3). Между ними имеется тонкий зазор толщиной 0,1 мм, в который помещается несколько капель исследуемой жидкости (4). Измеряется предельный угол преломления на границе жидкость— измерительная призма. Встроенный в прибор компенсатор позволяет сделать границу свет — тень черно-белой при освещении белым светом. Отсчеты производятся глазом (7).

Рефрактометр работает следующим образом. Луч света проходит через вспомогательную откидную призму (1) и рассеивается на нижней грани (2).При этом рассеянные лучи распространяются во всех направлениях, в том числе и параллельно поверхности измерительной призмы (3) (рис. 26).Далее эти лучи преломляются на границе жидкость (4) — измерительная призма (3), и, пройдя сквозь эту призму (3), попадают в устройство (5). Если граница свет — тень оказалась окрашенной и размытой, надо с помощью компенсатора (6) добиться резкой черно-белой белой границы. Конструкция отсчетного устройства позволяет при повороте специального рычага совместить границу свет — тень с маркером отсчетного устройства. При этом маркер показывает на встроенной шкале непосредственно значения коэффициента преломления.  

 Гипотенузная грань осветительной призмы делается матовой,чтобы наблюдение граничной линии не мешали изображению предметов,находящихся вблизи источников света и случайно попадающих в поле зрения трубки.

Вопрос 15.

Величина светового спектра зависит от показателя преломления исследуемой жидкости.
С помощью рефрактометра можно определить показатель преломления света.

Вопрос 17.

Собирающие линзы(положительная):Двояковыпуклая,плоско-выпуклая,вогнуто-выпуклая.

Характеристики:собирают свет,середина толще чем края,ее можно представить в виде совокупности большого числа треугольных призм которые расширяются к середине линзы,фокус действительный,так как пересекаются сами лучи.

Вопрос 18.

Рассеивающая линза(отрицательная):двояковогнутая,плоско-вогнутая,выпукло-вогнутая.

Характеристики:рассеивают свет,середина тоньше краев,ее можно представить как чсовокупность большого числа треугольных призм которые расширяются к краям,фокус мнимый.

Вопрос 19.

Для характеристики линз используют величину, которая называется оптической силой.

Оптическая сила линзы — величина, обратная к фокусному расстоянию линзы , выраженному в метрах.

D=1/F; [D]=1/1м=1м-1=1 дптр

Обозначают оптическую силу буквой D. За единицу оптической силы взята диоптрия (дптр).

Одна диоптрия - это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

Оптическую силу собирающих линз считают положительной, а рассеивающих линз – отрицательной.

Вопрос 16.

Для быстрого измерения показателя преломления жидкостей, взятых в 

небольших количествах (2-3 капли), показатели преломления которых лежат в 
пределах 1,3÷1,7, применяется лабораторный рефрактометр ИРФ-22.
В рефрактометр для определения показателя преломления жидкости используется явление полного внутреннего отражения. Ход световых лучей показан на рис. 1.Световой пучок,отраженный от зеркала,падает на оптическую систему из двух прямоугольных призм 1 и 2.
Измерение показателя преломления прозрачных жидкостей проводится в проходящем 
свете. Между призмами 1 и 2 помещают две-три капли исследуемой жидкости. 
Свет падает на грань С1В1, преломляется и попадает на матовую поверхность 
призмы А1В1, которая соприкасается с исследуемой жидкостью. Рассеянный 
матовой поверхностью призмы свет проходит плоскопараллельный слой 
исследуемой жидкости и попадает на грань АВ призмы 1 под различными 
углами в пределах от 0° до 90°.Так как показатель преломления исследуемой жидкости меньше показателя преломления измерительной призмы 1, то лучи всех направлений, 
преломившись на границе жидкости и стекла, войдут в призму 1. При этом 
наименьший угол, под которым луч света выйдет из второй призмы (угол ’),

 Для исследования непрозрачных веществ измерительная призма освещается через матовую грань DF, для чего в оправе этой призмы имеется специальное окошко, обычно закрытое крышкой Исследование полимеров с помощью рефрактометра затруднено из-за содержащихся в них антиоксидантов и других ингредиентов

Вопрос 20.

Каждый объектив или окуляр в той или иной мере страдает от различных оптических дефектов — аберраций. Явление аберрации связано с искажением, даваемым оптическими системами.

 Сферическая аберрация. Она выражается в том, что периферические лучи сильнее отклоняются, чем центральные для собирающих линз и наоборот, отклоняются меньше - для рассеивающих, что вызывает размытость изображения. Устраняется созданием систем вогнутых и выпуклых линз.

 Хроматическая аберрация. Изображение предмета в белом свете, даваемое линзой, вследствие явления дисперсии по краям окрашено. Для её устранения используют системы линз, сделанных из стёкол с разной дисперсией (например, крона и флинта). Такая система носит название ахроматической.

Дисторсия выражается в том, что масштаб изображения на различном расстоянии от центра поля различен (рис). Дисторсия может быть отрицательной в— “бочкообразной” (особенно она выражена у объективов “рыбий глаз” и “оллскай”) и положительной б— “подушкообразной”. Положительная дисторсия чаще встречается у телеобъективов и

зрительных труб. Параболическое и сферическое зеркала свободны от дисторсии. Свободен от дисторсии тонкий объектив, когда входной зрачок (диафрагма) совмещен с линзой. Свободно от дисторсии сферическое зеркало, входной зрачок которого совмещен с центром кривизны, как у камеры Шмидта.

Геометрические аберрации – сферическая, кома, астигматизм, кривизна поля и дисторсия.

Вопрос 21.

Астигматизм (безточие). Этот вид аберрации выражается в том, что при прохождении через оптическую систему сферическая волна перестаёт быть сферической. Изображение предмета при астигматизме теряет резкость и искажается. При этом различают два вида астигматизма:

а)астигматизм, вызванный лучами, падающими под значительным углом к оптической оси. В этом случае изображение точечного объекта имеет вид короткой чёрточки, либо размытого кружка. Для исправления создают систему линз, которые позволяют получать хорошие изображения при больших углах падения лучей;

б)астигматизм, обусловленный различной кривизной линзы во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 2.20). В глазе возможен только второй вид астигматизма, т.к. глаз всегда поворачивается в сторону рассматриваемого предмета. Устраняется путём применения цилиндрических линз, обладающих правильным астигматизмом.

Вопрос 22.

Микроскоп относится к приборам ближнего действия и предназначен для изучения микроструктуры объектов невидимых (неразличимых) глазом, для измерения малых размеров и для индикации при измерениях.

При микроскопии широко применяется фотография и киносъемка, но они носят вспомогательный характер. Микроскоп, в основном, является визуальным прибором. Оптическая система микроскопа состоит из двух основных частей:

- осветительной системы, предназначенной для освещения объекта и расположенной между источником света и объектом,

- визуальной системы, предназначенной для получения увеличенного изображения объекта на сетчатке глаза и расположенной между объектом и приемником (глазом).

К визуальной системе предъявляются более высокие требования в отношении качества изображения, чем к осветительной системе.

В общем случае, микроскоп, как отдельный прибор, состоит из основания, тубусодержателя , тубуса , объектива , окуляра , осветителя, привода грубой и точной наводок и предметного столика с приводами подвижки.

Вопрос 23.

Увеличение микроскопа определяется как произведение увеличения объектива на увеличение окуляра. У типичных исследовательских микроскопов увеличение окуляра равно 10, а увеличение объективов – 10, 45 и 100. Соответственно, увеличение такого микроскопа составляет от 100 до 1000. Некоторые из микроскопов имеют увеличение до 2000. Еще более высокое увеличение не имеет смысла, так как при этом разрешающая способность не улучшается. Напротив, качество изображения ухудшается.

Предел разрешения микроскопа определяется дифракционными явлениями, возникающими в плоскости предметов, микроструктура которых действует на световые волны подобно дифракционной решетке.
Разрешающая способность микроскопа — это способность выдавать чёткое раздельное изображение двух близко расположенных точек объекта. Степень проникновения в микромир, возможности его изучения зависят от разрешающей способности прибора.
Формула Аббе:

d=0.5J/(n*sin(u/2))

Вопрос 24.

Иммерсионная система (от позднелат. immersio — погружение), оптическая система, в которой пространство между предметом и первой линзой заполнено иммерсионной жидкостью

Включение объектива в состав И. с. даёт возможность повысить его апертуру А, а следовательно, и разрешающую способность микроскопа. "Сухая" система не может иметь А > 1, у масляных И. с. А достигает 1,3, у монобромнафталиновой — 1,6. В И. с. уменьшается рассеяние света и тем самым увеличивается контраст изображения. Это особенно важно при исследовании слабо отражающих объектов. И. с. позволяют исследовать объекты, находящиеся на разной глубине в иммерсионной жидкости, путём погружения в неё объектива. Например, с объективом, рассчитанным на водную иммерсию, можно наблюдать микроорганизмы в воде.

Вопрос 25.

Поляризация-система, в которой вектор  электрической и магнитной волны колеблется во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Свет, у которого плоскость поляризации (плоскость колебаний) не изменяет с течением времени своего положения в пространстве, называют плоскополяризованным.

Солнце и большинство искусственных источников света излучают естественный свет – свет, в котором вектор напряжённости электрического поля Е колеблется во всевозможных плоскостях, перпендикулярных направлению распространения света.

Двойное лучепреломление- расщепление пучка света в анизотропной среде (например, в кристалле) на два слагающих, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях распространения света.

Призма Николя

Призма Николя используется для получения поляризованного света. Она представляет собой призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом (рис. 2.14). Для канадского бальзама п = 1,550, это значение лежит между показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей исландского шпата и позволяет обеспечить полное отражение обыкновенного луча на границе с канадским бальзамом.

Необыкновенный луч идёт параллельно нижней грани и является плоско- поляризованным. Обыкновенный луч, испытав полное внутреннее отражение, может выводиться из кристалла или поглощаться нижней гранью, которая делается зачернённой.

Поляроиды

Это тоже поляризующие устройства. Они изготавливаются из кристаллов турмалина или герапатита, которые выкладываются на целлулоидной плёнке параллельно друг другу и фиксируются. Для этого используется электрическое поле. Эти кристаллы обладают не только двойным лучепреломлением, но и дихроизмом, т.е. могут поглощать один из поляризованных лучей больше, чем другой.

В дихроичном веществе молекулы образуют структуры, вдоль которых электроны могут колебаться при некоторых частотах со значительно большей амплитудой, чем поперек.

Моделью дихроичного вещества может служить металлическая решетка с очень тонкими прутьями (рис. 2.15). Поперек решетки колебания заряженных частиц невозможны, и поперечная составляющая электрического поля Е в световой волне проходит не поглощаясь.

В кристаллах явление дихроизма сопровождается двойным лучепреломлением. Так, в пластинке турмалина толщиной 1 мм обыкновенный луч практически полностью поглощается, а необыкновенный луч не поглощается и является плоско поляризованным.

Вопрос 26.

Оптическая система глаза — оптический аппарат глаза; состоит из 4 преломляющих сред: роговицы, камерной влаги, хрусталика и стекловидного тела.

Вопрос 27.

Близору́кость (миопи́я)  - это дефект (аномалия рефракции) зрения, при котором изображение формируется не на сетчатке глаза, а перед ней

В настоящее время существуют 7 признанных способов коррекции близорукости, а именно:

1)очки; 2)контактные линзы; 3) лазерная коррекция зрения; 4) pефракционная замена хрусталика (ленсэктомия); 5) имплантация факичных линз; 6) pадиальная кератотомия и 7) кератопластика (пластика роговицы).

В зависимости от степени близорукости человек может испытывать постоянную потребность в очках или временную (только при необходимости разглядеть предмет на расстоянии), например, при просмотре телепрограмм и кинофильмов, во время управления автомобилем или при работе за компьютером.

Вопрос 28.

 Дальнозоркость (гиперметропия) — особенность рефракции глаза, состоящая в том, что изображения далёких предметов в покое аккомодации фокусируются за сетчаткой.

Способы коррекции:

1)очки

2)контактные линзы

Вопрос 29.

 Пресбиопия («старческое зрение») — аномалия рефракции глаза, при которой человек не может рассмотреть мелкий шрифт или маленькие предметы на близком расстоянии.

Пресбиопия-возрастная дальнозоркость.

Способы коррекции:

1)оптическая-очки для работы на близком расстоянии

2)контактная:

а)мультифокальные контактные линзы

б)контактная коррекция по пути «монозрение»

3)хирургическое вмешательство

Вопрос 30.

Недостатки оптической системы глаза: близорукость, дальнозоркость, астигматизм.

См.вопр.27-29

Астигматизм может быть вместе с близорукостью и дальнозоркостью.

Вопрос 31.

Информационно-биол.процесс зрения – процесс,при котором в ответ на поглощение кванта света в видимой области спектра фоторецепторами формируется зрительный образ.

Основные св-ва зрительных рецепторов:

-высокая информативность

-большая чувствительность

-высокое быстродействие

-возможность различать до 100000 цветов

-максимум спектр.чувствительности приходится на длину волны 500-550 нм.

Первичный механизм зрения:

Образование изображения предметов на сетчатке глаза – первичное звено зрения.Фоторецепторы сетчатки делятся на палочки и колбочки.Палочки более светочувствительны,чем колбочки.Отвечают за сумеречное зрение.Колбочки образуют аппарат цветового,дневного зрения.

Первичный механизм возбуждения палочек светом связан со сложными превращениями родопсина. Родопсин (зрительный пурпур) — светочувствительный пигмент фоторецепторов сетчатки глаза («палочек»). Играет важную роль в осуществлении механизма зрения. Поглощая импульс света, родопсин распадается, обесцвечиваясь при этом, и вызывает возбуждение зрительного нерва; в темноте родопсин вновь синтезируется. При гиповитаминозе А нарушается синтез родопсина и развивается недостаточное сумеречное зрение — «куриная слепота»

Вопрос 32.

Ге́лий-нео́новый ла́зер — лазер, активной средой которого является смесь гелия и неона. Гелий-неоновые лазеры часто используются в лабораторных опытах и оптике. Имеет рабочую длину волны 632,8 нм, расположенную в красной части видимого спектра. 

Устройство гелий-неонового лазера:

Рабочим телом гелий-неонового лазера служит смесь гелия и неона в пропорции 5:1, находящаяся в стеклянной колбе под низким давлением (обычно около 300 Па). Энергия накачки подаётся от двух электрических разрядников с напряжением около 1000÷5000 вольт (в зависимости от длины трубки), расположенных в торцах колбы. Резонатор такого лазера обычно состоит из двух зеркал — полностью непрозрачного с одной стороны колбы и второго, пропускающего через себя около 1 % падающего излучения на выходной стороне устройства.

Гелий-неоновые лазеры компактны, типичный размер резонатора — от 15 см до 2 м, их выходная мощность варьируется от 1 до 100 мВт.

Принцип действия:

Гелий-неоновый лазер. Светящийся луч в центре — электрический разряд.

В газовом разряде в смеси гелия и неона образуются возбуждённые атомы обоих элементов. При этом оказывается, что энергии метастабильного уровня гелия 1S0 и излучательного уровня неона 2p55s ²[1/2] оказываются примерно равными — 20.616 и 20.661 эВ соответственно. Передача возбуждения между двумя этими состояниями происходит в следующем процессе:

He* + Ne + ΔE → He + Ne*

и её эффективность оказывается очень большой (где (*) показывает возбуждённое состояние, а ΔE — различие энергетических уровней двух атомов.) Недостающие 0.05 эВ берутся из кинетической энергии движения атомов. Заселённость уровня неона 2p55s ²[1/2] возрастает и в определённый момент становится больше чем у нижележащего уровня 2p53p ²[3/2]. Наступает инверсия заселённости уровней — среда становится способной к лазерной генерации.

При переходе атома неона из состояния 2p55s ²[1/2] в состояние 2p53p ²[3/2] испускается излучение с длиной волны 632.816 нм. Состояние 2p53p ²[3/2] атома неона также является излучательным с малым временем жизни и поэтому это состояние быстро девозбуждается в систему уровней 2p53s а затем и в основное состояние 2p6 — либо за счёт испускания резонансного излучения (излучающие уровни системы

2p53s), либо за счёт соударения со стенками (метастабильные уровни системы 2p53s).

Кроме того, при правильном выборе зеркал резонатора можно получить лазерную генерацию и на других длинах волн: тот же уровень 2p55s ²[1/2] может перейти на 2p54p ²[1/2] с излучением фотона с длиной волны 3.39 мкм, а уровень 2p54s ²[3/2], возникающий при столкновении с другим метастабильным уровнем гелия, может перейти на 2p53p ²[3/2], испустя при этом фотон с длиной волны 1.15 мкм. Также возможно получить лазерное излучение на длинах волн 543,5 нм (зелёный), 594 нм (жёлтый) или 612 нм (оранжевый).

Полоса пропускания, в которой сохраняется эффект усиления излучения рабочим телом лазера, довольно узка, и составляет около 1,5 ГГц, что объясняется наличием доплеровского смещения. Это свойство делает гелий-неоновые лазеры хорошими источниками излучения для использования в голографии, спектроскопии, а также в устройствах считывания штрих-кодов.

Вопрос 33.

Лазер или оптический квантовый генератор - это техническое устройство, испускающее свет в узком спектральном диапазоне в виде направленного сфокусированного, высококогерентного монохроматического, поляризованного пучка электромагнитных волн. В зависимости от характера взаимодействия лазерного света с биологическими тканями различают три вида фотобиологических эффектов:

1) Фотодеструктивное воздействие, при котором тепловой, гидродинамический, фотохимический эффекты света вызывают деструкцию тканей. Этот вид лазерного взаимодействия использует в лазерной хирургии.

2) Фотофизическое и фотохимическое воздействие, при котором поглощенный биотканями свет возбуждает в них атомы и молекулы, вызывает фотохимические и фотофизические реакции. На этом виде взаимодействия основывается применение лазерного излучения как терапевтического.

3) Невозмущающее воздействие, когда биосубстанция не меняет своих свойств, в процессе взаимодействия со светом. Это такие эффекты, как рассеивание, отражение и проникновение. Этот вид используют для диагностики (например - лазерная спектроскопия). Фотобиологические эффекты зависят от параметров лазерного излучения: длины волны, интенсивности потока световой энергии, времени воздействия на биоткани.

Вопрос 34.

В качестве рабочего тела в этом лазере используется рубиновый стержень Р с примесью ионов хрома.Св-ва хрома таковы,что переходы S3 – S0; S2 – S0 совершаются редко.Переходы S3 – S2 – S1 – T – безизлучательные; Т – триплетный уровень(им обладают ионы хрома).

Торцы стержня строго параллельны и отшлифованы.Кристалл рубина помещен вдоль оси спиральной газоразрядной ксеноновой лампы Л с импульсным блоком питания ИБП.У обоих торцов стержня установлены зеркадо З1 и З2,причем  З1 отражает все падающие на него лучи, а другое З2 только 98%,остальной свет проходит через него.Система «Стержень-зеркала»носит название резонатор.

В результате излучения импульсной лампы и последующих процессов безизлучательных переходов уровень Т заполняется электронами.Это приводит к тому,что большинство молекул хрома переходит в возбужденное состояние.Самопроизвольное появление одного красного кванта с длиной волны 690 нм вызывает индуцированное излучение.Поток квантов нарастает.Лавина фотонов.достигая зеркала,отражается и,продолжая нарастать,распространяется в обратную сторону.После многократных отражений мощный поток когерентного света выходит наружу через полупрозрачное зеркало.при этом можно получить плотность потока энергии,в тысячи раз превосходящего солнечное излучение.

Вопрос 35.

1.Самопроизвольный переход(спонтанный) – происходит по истечении времени 10-8 с.при этом излучается квант энергии,например:hy=E1-E0/

2.Безизлучательный переход – изменяется внутр.энергия молекулы за счет развития колебательных и вращательных движений в молекуле.

3.Вынужденный переход – если вблизи возбужденного электрона пролетает квант энергии,то под влиянием этого кванта электрон возвращается в основное состояние независимо от того,какой промежуток времени он находился в этом состоянии,и излучая при этом квант энергии,когерентный кванту,вызвавшему данный переход.Это излучение – индуцированное(вынужденное).

Вопрос 36.

Свободные радикалы – кинетически независимые частицы,характеризующиеся наличием неспаренных электронов.

Виды:

Коротко живущие

Долгоживущие

Монорадикалы-молекулы,имеющие 1 неспаренный электрон во внешнем электронном слое

Бирадикалы – молекулы,имеющие 2 неспаренных электрона во внешнем электронном слое.

Ионорадикал – заряженный радикал.

К основным методам обнаружения свободных радикалов относят Хемилюминисценцию и электронный парамагнитный резонанс.

Вопрос 37.

Хемилюминесценция – свечение,возникающее при переходе молекулы в основное состояние.

1.Митогенетическое излучение – ультрафиолетовое излучение,субстратом которого служат белки и углеводы.Стимуоирует клкточное деление.

2.Биолюминесценция – воспринимаемое глазом свечение,присущее многим организмам:бактериям,светлячкам,некоторым рыбам,простейшим.во всех случаях биолюминесценция является результатом ферментативного окисления люцеферинов,молекулы которых при окислении способны переходить в возбужденное состочние.Фермент,катализирующий окисление люцеферинов – люцефераза.

3.Сверхслабое свечение – свечение живых организмов,тканей и клеток сопровождает окислительные реакции экзотермического типа,развивающиеся по радикальному механизму.

Интенсивность свечения пропорциональна скорости рекомбинации свободных радикалов.

Хемилюминесценция осущ-ся с помощью хемилюминометра.СХЕМА:

Биопсия ткани(hv) – ФЭУ – усилитель – счетчик квантов.

Метод хемилюминесценции – один из основных методов обнаружения свободных радикалов,т.к. не изменяет функционального состояния ткани,органа,организма в целом.

Ва организме свободнорадикальное окисление тормозится системой тканевых антиокислителей,в которую входят аскорбиновая кислота,адреналин,каратиноиды,фосфолипиды.

Хорошим антиокислителем являются витамин Е,ионол.Антиоксидант легко вступает в хим.связь со свободным радикалом с образованием неактивных продуктов.Именно поэтому она применяются в качестве хим.защиты.

Вопрос 38.

См.вопр.34.

Вопрос 39.

1.Импульсный режим – при этом затвор открывается только на короткий промежуток времени 10-3 – 10-6 с.Мощность лазера – энергия излучения за единицу времени:Р=Е/t.Мощность лазера=1КВт

2.Непрерывный – затвор постоянно открыт.мощность лазера=1ВТ.

3.Режим гигантских импульсов – затвор открывается на очень короткий промежуток времени 10-7-10-12.мощность лазера=100МВт.

Вопрос 40.

См.вопр.33.

Вопрос 41.

Дифракция – явление отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями,размеры которых соизмеримы с длиной волны.

Дифракционная решетка – оптическое устройство,представляющее собой  совокупность большого числа параллельно,обычно равностоящих друг от друга щелей. Формула: d*sin a=ml.

Дифракционный спектр образуется при прохождении света через дифракционную решетку. Он зависит от размера ячейки решетки.Чем меньше размер решетки, тем больше преломляется свет и становится более заметен дифракционный спектр, видимое глазом разложение света на основные цвета.

Вопрос 42.

Дифракция волн наблюдается независимо от их природы и может проявляться: 
в преобразовании пространственной структуры волн. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» волнами препятствий, в других случаях — как расширение угла распространения волновых пучков или их отклонение в определенном направлении; 
в разложении волн по их частотному спектру; 
в преобразовании поляризации волн; 
в изменении фазовой структуры волн. 

Явление дифракции рентгеновских лучей лежит в основе рентгеноструктурного анализа,т.к.длина рентгеновских лучей соизмерима с расстоянием между узлами кристаллической решетки.

где - межплоскостное расстояние, - угол скольжения. наиболее эффективными являются такие плоскости, в которых атомы расположены наиболее плотно.