4108

11

ренция. Многолучевая интерференция при делении амплитуды световой волны. Многолучевая интерференция при делении фронта световой волны. Многолучевые интерференционные приборы. Эталон Фабри-Перо и его характеристики. Интерференционный светофильтр и его параметры. Дифракционная решетка и ее спектроскопические параметры. Типы дифракционных решеток. Понятие когерентности. Время когерентности. Область когерентности. Частично-когерентные колебания. Интерференционные методы контроля поверхностей. Интерференционные методы измерения расстояний. Спектроскопы, спектрометры, спектрографы, монохроматоры. Поляризаторы. Фазовые пластинки. Применение изменения оптической активности в жидкокристаллических дисплеях.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Методические указания студентам по организации самостоятельной работы в соответствии с рабочей программой дисциплины включают в себя:

методические рекомендации по работе над конспектом лекций;

методические рекомендации по выполнению индивидуальных заданий;

методические рекомендации по подготовке к лабораторным занятиям;

методические рекомендации по изучению рекомендованной литературы;

методические рекомендации по подготовке рефератов;

методические рекомендации по подготовке к экзаменам.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД КОНСПЕКТОМ ЛЕКЦИЙ

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. При этом надо обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов, научные выводы и практические рекомендации, выделять важные моменты, усваивать положительный опыт в ораторском искусстве.

Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых следует делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений, а также отмечать вопросы, вызвавшие затруднение, с целью дальнейшего их разрешения. В ходе лекции рекомендуется задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения теоретических положений, разрешения спорных ситуаций.

12

Необходимо систематически прорабатывать лекционный материал в течение семестра, для этого надо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, при этом учитывать рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Следует дорабатывать свой конспект лекций, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой.

Внимательная работа над лекционным конспектом поможет давать правильные ответы на вопросы текущего контроля, фронтальные опросы в конце лекций.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Каждое индивидуальное задание представляет собой набор нескольких задач, относящихся к определенному разделу оптики и светотехники.

Цель индивидуального задания – практическое освоение теоретического курса и приобретение навыков решения задач, имеющих как учебный, так и прикладной характер.

Решенные примеры не заменяют учебный и лекционный материал, поэтому перед выполнением задач следует ознакомиться с соответствующими разделами теоретического курса лекций или учебников, которые приведены в рекомендуемом списке литературы.

Индивидуальные задания предназначены в основном для студентов заочного факультета, но они могут быть использованы в учебном процессе для студентов очного обучения.

В процессе расчетов следует обратить внимание на согласованность единиц измерения величин, входящих в формулы. (Не забывайте писать, в каких единицах получен результат). Рекомендуемые единицы измерения приведены в перечне используемых обозначений. Все арифметические вычисления следует выполнять с точностью до трёх значащих цифр, принятой для инженерных расчётов.

После решения задач, входящих в задание, листы с решениями брошюруются и снабжаются титульным листом с обязательным указанием дисциплины, номера варианта задания и данных студента.

При представлении задач обязательными элементами являются:

–текст задачи и числовые исходные данные;

–расчётные формулы;

–проверка размерностей.

13

В процессе защиты индивидуального задания студентам могут быть предложены контрольные вопросы и задачи из соответствующего раздела курса.

Небрежно оформленные и выполненные не по своему варианту индивидуальное задания к защите не принимаются.

Выполнение индивидуальных заданий максимально приближает обучение к практическим интересам с учетом имеющейся информации и является результативным методом закрепления знаний.

ПРИМЕР ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

Задания выполняются с использованием основной и дополнительной литературы. Задания имеют четыре варианта ответа, из которых правильным является только один. Номер выбранного Вами ответа зачеркните в бланке ответов.

Тест билет № 1

1.Дисперсия оптического материала – это:

1)Зависимость показателя преломления от интенсивности света;

2)Зависимость показателя преломления от угла падения луча света

3)Зависимость показателя преломления от поляризации света;

4)Зависимость показателя преломления от длины волны света

2. В качестве оптических сред применяют: а) воздух, б) оптические стекла, в) оптические кристаллы.

1)Верно только утверждение б);

2)Верно только утверждение в);

3)Неверно ни одно утверждение

4)Верны все три утверждения;

3. Оптические поверхности могут быть: а) плоскими, б) сферическими, в) асферическими.

1)Верно только утверждение б);

2)Верно только утверждение в);

3)Верны все три утверждения;

4)Неверно ни одно утверждение.

4.На рисунке показаны направления векторов напряжённостей электрического

Еи магнитного Н полей электромагнитной волны в некоторый момент времени.

Направление вектора S плотности потока энергии этой волны…

14

5. Для экспериментального наблюдения явления интерференции необходимо, чтобы интерферирующие колебания были когерентными, т.е. чтобы у них была:

1)одинаковая частота

2)одинаковая частота и постоянная разность фаз

3)постоянная разность фаз

4)одинаковая длина волны

6. Как изменится расстояние на экране между дифракционными максимумами монохроматического света, если используемую дифракционную решетку с числом штрихов 100 штрихов на 1 мм заменить на решётку с 50 штрихами на 1 мм?

Укажите правильный ответ.

1) увеличится 2)не изменится 3)уменьшится 4) дифракционная картина не будет наблюдаться

8.Угол полной поляризации света при отражении от кристалла каменной соли равен 57 . Определить скорость распространения света в этом кристалле.

1) 1.0Е+8 м/с

2) 3.0Е+8 м/с

3) 0.5Е+8 м/c

4) 1.9Е+8 м/с

9.Световой поток измеряется:

1) кд (кандела)

2)лк (люкс)

3) лм (люмен)

4)кд/м2

10.От чего зависит показатель преломления данного материала?

1от частоты падающего света 2) от интенсивности света

3) от фазы падающей световой волны

4) от температуры

11.К тепловым источникам света относятся:

1) светодиоды,2) ксеноновые лампы

3) лампы накаливания4)газоразрядные лампы.

12. Основными цветами аддитивной смеси являются:1) красный, желтый, зеленый2) пурпурный, желтый, сине-зеленый;

3) фиолетовый, желтый, пурпурный;4) красный, зеленый, голубой

13. Функции сложения колориметрической системы XYZ позволяют получить:1) координату X,

2) координату Y,

3) координату Z,

4) все три координаты.

14.Излучение лазера является:

1) когерентным и немонохроматичным,

15

2) некогерентным и монохроматичным3) некогерентным и немонохроматичным,4) когерентным и монохроматичным

15. Голографический способ записи изображения содержит информацию:1) о амплитуде и фазе,2) только о фазе,3) только об амплитуде,

4) только об интенсивности.

16. В оптическом волокне используется явление:1) дисперсии света,2) дифракции света,

3) интерференции света4) полного внутреннего отражения

17. Интерферометр - это прибор, в котором используется явление:

1) дисперсии света,

2) интерференции света

3) полного внутреннего отражения,

4) дифракции света

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПРИ ПОДГОТОВКЕ

К ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Выполнение лабораторных работ по дисциплине «Теория оптических систем» формирует у студентов важные компетенции по навыкам проведения стандартных испытаний согласно инструкциям, оформления отчета, анализа полученных результатов и формулировке вывода по проделанной работе, что является фундаментом для научно-исследовательской деятельности.

В процессе подготовки к выполнению лабораторной работы студент прежде всего овладевает способами постановки цели и выбора путей ее достижения. Для этого надо переписать из методического пособия по лабораторному практикуму в отчет название лабораторной работы и цель работы и

проанализировать цель работы по плану:

1)понять, какое физическое явление лежит в основе экспериментальных и теоретических методов предстоящего исследования;

2)определить, какие физические величины характеризуют рассматриваемое физическое явление;

3)выделить основные физические закономерности, которые связывают физические величины, характеризующие физические явление;

4)понять, какую физическую величину предстоит измерить в работе или какую закономерность необходимо доказать.

Далее надо переписать в отчет теоретический минимум.

16

Оформление теоретического минимума

Для оформления теоретических основ проводимых исследований в методических указаниях предусмотрен раздел «Теоретический минимум», в котором в доступной для восприятия форме представлена необходимая для выполнения работы информация. В процессе изучения раздела необходимо:

1)найти и выписать определение искомой физической величины, значение которой станет численным результатом выполнения работы;

2)найти и записать условия наблюдения физических явлений, лежащих

воснове экспериментальных и теоретических методов предстоящего исследования;

3)привести в отчете формулировку физического закона, который предстоит использовать в работе;

4)сделать рисунки, поясняющие формулировки, правила и закономер-

ности.

Проверкой качества восприятия информации послужат ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце методических указаний по данной работе.

Оформление методики эксперимента

Для подготовки к экспериментальной части исследований предусмотрен раздел «Методика эксперимента», который поможет студенту применить методы математического анализа и моделирования для достижения цели работы. В процессе изучения раздела необходимо:

1)понять и записать в отчет вывод формульного выражения для получения значения физической величины, являющейся численным результатом работы (итоговое или расчетное выражение), особо отметив элементы моделирования (пренебрежение некоторыми физическими факторами) и сделав необходимые рисунки;

2)привести в отчете принципиальную схему испытаний с пояснениями, как и с какой точностью будут измерены физические величины, входящие в итоговое формульное выражение;

3)записать в отчет таблицу для испытаний и численные значения параметров установки и заданных физических величин, необходимых для начала эксперимента;

4)разобраться, из каких блоков состоит установка и какова роль каждого из них.

В некоторых лабораторных работах используются модульные учебные комплексы, оснащенные современной цифровой измерительной аппаратурой. Это является инновационным подходом в образовательных технологиях. Та-

17

кой подход позволяет студенту научиться самостоятельно вырабатывать индивидуальные методы организации и проведения эксперимента.

Оформление результатов измерения

Результаты измерения являются важной частью любого научного исследования, поскольку несут основную информацию о проведенных исследованиях и могут быть использованы при решении огромного круга задач, обретение навыков их грамотного анализа является основой всех компетенций будущего профессионала. Поэтому студент внимательно изучает порядок проведения лабораторной работы и в отчете формирует таблицу результатов эксперимента, рекомендованную пособием по лабораторному практикуму, делает обработку результатов измерения и определяет погрешности измерений.

На основании результатов эксперимента необходимо сделать и записать в отчет вывод по проделанной работе, в котором в соответствии с целью работы указывается:

1)какое явление наблюдалось при проведении эксперимента;

2)какая физическая величина и каким методом была измерена;

3)приводится доверительный интервал для искомой физической величины или делается вывод о выполнимости в условиях данной работы исследуемого фундаментального закона;

4)полученный экспериментальный результат сопоставляется с теоретической оценкой или с табличным значением;

5)указывается, ошибки измерения каких величин внесли основной вклад в погрешность измерения искомой физической величины.

Рекомендуем внимательно ознакомиться с образцом оформления лабораторной работы.

18

Образец оформления результатов экспериментальных исследований

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО СМЕЩЕНИЯ ЛУЧА ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ

Цель работы: ознакомиться с явлением интерференции света, определить методом полос равного наклона показатель преломления стекла и поперечное смещение изображения при прохождении света через плоскопараллельную пластину.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ

Интерференция света представляет собой сложение в пространстве двух или нескольких волн, в результате которого происходит усиление или ослабление колебаний. Необходимым условием интерференции света является согласованность колебаний – когерентность волн. Этому условию удовлетворяют монохроматические волны одинаковой частоты и одинаковой или близкой поляризации (т.е. их векторы E колеблются в одном или близких направлениях). Длиной когерентности называется наибольшее расстояние вдоль распространения волны, на котором колебания еще можно считать когерентными между собой.

Наблюдаемое на экране, фотопластинке и т.д. чередование темных и светлых участков, которое получается в результате интерференции, называ-

ется интерференционной картиной.

При интерференции не нарушается закон сохранения энергии. В среде без поглощения энергия складывающихся волн лишь перераспределяется в пространстве: в точках минимума энергия уменьшается, а в точках максимума увеличивается, но интегральная энергия по всему объему волны не изменяется.

Чтобы интерференционная картина была устойчива во времени, необходимо, чтобы разность фаз двух складывающихся волн не изменялась с течением времени. На практике наблюдение интерференции света обычных источников возможно, если с помощью какой-либо оптической системы разделить одну волну на две или несколько волн и сдвинуть их относительно друг друга.

После разделения волны проходят различные пути до точки наблюде-

ния, при этом их оптическая разность хода

L L2 L1 ,

19

где L1 и L2 – оптические пути, проходимые первой и второй волнами. Для

где S – геометрический путь; n – показатель преломления среды, равный отношению скорости света c в вакууме к скорости света v в данном веществе

то разность фаз складываемых волн равна 2m , и колебания, возбуждаемые обеими волнами в точке наблюдения, находятся в одинаковой фазе. Следовательно, выражение (3) является условием интерференционного максимума.

Если оптическая разность хода равна нечетному числу длин полуволн

то разность фаз складываемых волн будет равна 2m 1 и колеба-

ния, возбуждаемые обеими волнами в той же точке, находятся в противофазах. Следовательно, формула (4) является условием интерференционного минимума.

Плоскопараллельная пластина – это оптическая система, которая обычно выполнена из однородной и изотропной среды (например, высококачественное оптическое стекло), ограничена двумя параллельными плоскостями, расстояние d между которыми называется толщиной пластины. Плоскопараллельные пластины дают мнимое изображение действительного предмета с линейным увеличением 1.

20

Рис. 1.

Если плоскопараллельная пластина находится в воздухе, то расчет хода лучей через пластину (см. рис. 1а) даст

Продольное смещение изображения (кажущееся смещение предмета) определяется, как

где n – показатель преломления среды.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

В работе изучается явление интерференции при отражении от плоскопараллельной пластины. С помощью полос равного наклона определяется показатель преломления стекла, а по нему продольное и поперечное смещение изображения простейшей оптической системы.