Gradientoptik
Gradientoptik är en gren av optiken som studerar de optiska egenskaperna hos material vars brytningsindex varierar med koordinater.
Ett exempel på gradientoptik är en pölhägring på en väg en varm dag. Pölen är faktiskt en bild av himlen på vägen, eftersom ljusstrålarna bryts (böjs) från sin normala raka väg. Detta beror på förändringen i brytningsindex mellan den varmare, mindre täta luften nära vägytan och den tätare, kallare luften ovanför den. Fluktuationer i luftens temperatur (och därför densitet) orsakar en gradient i luftens brytningsindex, som ökar med höjden. Detta gradientbrytningsindex böjer ljusstrålarna ovanför vägen genom en liten vinkel, vilket gör att betraktaren ser en hägring på vägytan.
Den här egenskapen används i gradientlinser (greens (GRIN) - från engelska gradient - in dex ) . Dessa linser har ett radiellt minskande brytningsindex (i det paraxiella området enligt den paraboliska lagen, utanför det paraxiella området enligt polynomet, det vill säga att parabeln går in i ett potenspolynom av högre grad). Polynomfördelningen av brytningsindex gör att du kan få GRIN med bättre bildkvalitet. En platta gjord av detta material fungerar som en vanlig konvergerande lins (dess installation är lättare), men den behöver inte ha den formen. Gröna med ökad längd, som överför bilden från ingångsänden till utgångsänden, kallas selfoc. I Ryssland, istället för selfoc, etablerades termen "gradan" [1] . Gröna används ofta där många små linser måste placeras sida vid sida, i enheter som stela endoskop, kopiatorer och bildskanner .
Så, en optisk fiber (gradientfiber) kan tillverkas med en radiellt förändrad brytningsindexfördelningsprofil; när den är designad dämpas spridningen av ljus i en multimodfiber kraftigt.
Ögats lins är det mest uppenbara exemplet på gradientoptik i naturen. I den minskar brytningsindex radiellt. I det mänskliga ögat varierar linsens brytningsindex från cirka 1,406 i de centrala lagren till 1,386 närmare kanten [2] . Detta gör att ögat kan få en bild med bra upplösning och låg aberration både på korta och långa avstånd [3] .
En av de viktigaste fördelarna med gradientlinser jämfört med klassiska linser är att greenernas optiska ytor kan vara plana. Detta faktum är mycket viktigt när man skapar en högkvalitativ koppling mellan linser och till exempel optisk fiber. Med konvexa sfäriska ytor är närvaron av en brytningsindexgradient i linsen (radiell och axiell) ekvivalent med effekten av ytasfärisering, vilket gör det möjligt att avsevärt öka linsens relativa bländare. I detta fall, med axiell GRIN, bör brytningsindexet på toppen av ytan vara högre än vid djupet av gradientzonen. Detta leder till en minskning av brytningsindex vid kanten av ytans ljuszon, vilket gör det möjligt att minska strålens brytningsvinkel och som ett resultat korrigera sfärisk aberration. En liknande egenskap innehas av ett korrigerande (i motsats till kraften, som ger optisk kraft till GRIN-mediet och sker i grader) radiellt GRIN, där brytningsindexet minskar något från axeln till linsens yttre cylindriska yta .
Jonbytesdiffusion är den mest populära metoden för att tillverka glas med ett gradientbrytningsindex. Till exempel kan ett glasprov med joner nedsänkas i en vätska med joner i . Som ett resultat av diffusion kommer natriumjoner delvis att ersättas med litiumjoner; det starkaste utbytet kommer att ske vid gränsen. Således kommer provet att få strukturen hos gradientmaterialet och följaktligen gradienten för brytningsindex.
Anteckningar
- ↑ Ilyin V. G. et al. Optics of gradans // Framgångar inom vetenskaplig fotografi. - Vetenskap, 1985. - T. 23 . - S. 106-121 .
- ↑ Hecht, Eugene. Optik / Eugene Hecht, Alfred Zając. — 2:a. — Läsning, mässa. : Addison-Wesley, 1987. - P. 178 . - ISBN 978-0201116090 .
- ↑ Shirk JS, Sandrock M, Scribner D, Fleet E, Stroman R, Baer E, Hiltner A. (2006) NRL Review pp 53-61