Номер 5, страница 151 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 42. Когерентные источники света. Глава 5. Волновые свойства света - номер 5, страница 151.

5. Что такое просветление оптики?

Просветление оптики – это технология нанесения на поверхность линз или других оптических элементов тончайших прозрачных пленок для уменьшения отражения света и, как следствие, увеличения его пропускания. Этот процесс также называют нанесением антибликового или антиотражающего покрытия.

Когда свет падает на границу раздела двух сред с разными показателями преломления (например, воздух и стекло), часть света отражается, а часть проходит дальше, преломляясь. В сложных оптических системах, таких как объективы фотоаппаратов, бинокли или микроскопы, которые состоят из множества линз, потери света на отражение на каждой поверхности могут быть весьма значительными (до 4–6% на каждой границе воздух-стекло). Это приводит к снижению яркости и контрастности изображения, а также к появлению нежелательных бликов и "зайцев" (паразитных изображений) из-за многократных внутренних отражений.

Принцип действия просветления оптики основан на явлении волновой интерференции света. На линзу наносится тонкая пленка, толщина и показатель преломления которой подобраны специальным образом. Свет, падающий на линзу с покрытием, отражается от двух поверхностей: от внешней поверхности пленки (граница воздух-пленка) и от внутренней поверхности пленки (граница пленка-стекло).

Эти два отраженных луча интерферируют друг с другом. Чтобы они погасили друг друга (деструктивная интерференция), необходимо выполнить два условия.

Первое – условие равенства амплитуд. Амплитуды отраженных волн должны быть примерно равны. Это достигается, когда показатель преломления пленки $n_п$ является средним геометрическим показателей преломления воздуха ($n_в \approx 1$) и материала линзы ($n_л$): $n_п = \sqrt{n_в \cdot n_л} \approx \sqrt{n_л}$. Например, для обычного стекла с показателем преломления $n_л = 1.5$, идеальный показатель преломления пленки был бы $n_п = \sqrt{1.5} \approx 1.22$.

Второе – условие противофазы. Оптическая разность хода между двумя отраженными лучами должна быть равна нечетному числу полуволн. При нормальном падении света луч, отраженный от второй границы, проходит в пленке дополнительный путь, равный удвоенной толщине пленки $d$. Таким образом, оптическая разность хода составляет $2 \cdot n_п \cdot d$. Условие гашения (с учетом сдвига фазы на $\pi$ при отражении от оптически более плотной среды) выполняется, когда оптическая толщина пленки равна четверти длины волны: $d = \frac{\lambda}{4n_п}$, где $\lambda$ – длина волны света в вакууме. Такое покрытие называется четвертьволновым.

Поскольку условия гашения зависят от длины волны $\lambda$, однослойное просветление эффективно работает только для определенного цвета (обычно для желто-зеленой части спектра, $\lambda \approx 550$ нм, к которой человеческий глаз наиболее чувствителен). Свет других длин волн (красный и синий) отражается сильнее, поэтому просветленные линзы часто имеют характерный фиолетовый, сиреневый или янтарный оттенок. Для уменьшения отражения в широком диапазоне видимого спектра используют многослойные просветляющие покрытия.

Таким образом, основными преимуществами просветления оптики являются: увеличение светопропускания, что делает изображение ярче; повышение контрастности за счет уменьшения рассеянного света; устранение бликов и паразитных изображений, что улучшает общее качество изображения.

Ответ: Просветление оптики — это нанесение на поверхность оптических элементов (например, линз) одной или нескольких тонких прозрачных пленок с целью уменьшения отражения света за счет интерференционного гашения отраженных световых волн. Это позволяет увеличить светопропускание оптической системы, повысить контрастность изображения и устранить нежелательные блики.