Обсудить в классе, страница 225 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 6. Электромагнитная природа света. Параграф 54. Интерференция и волновые свойства света. Вопросы - страница 225.

Условие.

Воспользовавшись дополнительными источниками информации, определите, для чего на поверхности объективов современных фото- и видеокамер, биноклей, очков наносят просветляющий слой.

Решение.

Просветляющий (или антибликовый) слой наносится на поверхности оптических элементов (линз в объективах фото- и видеокамер, биноклей, очков) для уменьшения отражения света от этих поверхностей. Это позволяет решить несколько важных задач и значительно улучшить качество оптики.

Принцип действия

Работа просветляющего слоя основана на явлении интерференции световых волн. Когда свет падает на линзу с покрытием, он отражается от двух поверхностей: от внешней поверхности просветляющей пленки (граница воздух-пленка) и от внутренней поверхности пленки (граница пленка-стекло). Эти две отраженные волны интерферируют (накладываются) друг на друга. Толщина и показатель преломления просветляющего слоя подбираются таким образом, чтобы эти волны гасили друг друга.

Для этого должны выполняться два основных условия:

1. Условие равенства амплитуд. Амплитуды отраженных волн должны быть примерно равны. Это достигается, если показатель преломления пленки $n_{пл}$ является средним геометрическим между показателями преломления воздуха $n_{возд}$ и стекла $n_{ст}$: $n_{пл} = \sqrt{n_{возд} \cdot n_{ст}}$. Поскольку для воздуха $n_{возд} \approx 1$, а для стекла $n_{ст} \approx 1.5$, идеальный показатель преломления пленки составляет около $1.22$. На практике используют материалы с близкими значениями, например, фторид магния ($MgF_2$ с $n \approx 1.38$).

2. Условие гашения (противофазы). Две отраженные волны должны находиться в противофазе, чтобы при сложении они компенсировали друг друга. Это происходит, когда оптическая разность хода между ними равна нечетному числу полуволн. Оптимальная толщина пленки $\text{d}$ для света с длиной волны $\lambda$ (обычно выбирается из середины видимого спектра, ~550 нм) составляет четверть длины волны в материале пленки: $d = \frac{\lambda}{4n_{пл}}$.

При выполнении этих условий отраженные от двух поверхностей световые волны взаимно уничтожаются, и отражение света от поверхности линзы сводится к минимуму. В результате практически весь свет проходит сквозь линзу.

Основные цели и преимущества

1. Увеличение светопропускания. Каждая поверхность линзы без покрытия отражает около 4-5% падающего света. В сложных объективах, состоящих из 10-20 линз, общие потери света на отражение могут достигать 50% и более. Просветляющее покрытие уменьшает отражение от каждой поверхности до 1% и менее, что значительно увеличивает количество света, достигающего сенсора камеры или глаза наблюдателя. Это особенно важно при съемке в условиях низкой освещенности.

2. Повышение контрастности и четкости изображения. Свет, отраженный от поверхностей линз, не исчезает, а хаотично переотражается внутри объектива. Это создает паразитные засветки (блики, "зайцы") и световую вуаль, которая снижает контрастность и детализацию изображения, делая его блеклым. Устраняя отражения, просветляющее покрытие минимизирует эти артефакты.

3. Улучшение цветопередачи. Уменьшение бликов и вуали приводит к более чистому и насыщенному изображению с правильной передачей цветов.

4. Комфорт для глаз (в очках). В очках антибликовое покрытие убирает мешающие отражения от источников света (например, фар автомобилей ночью) и делает линзы более прозрачными с косметической точки зрения, позволяя лучше видеть глаза человека.

Современные объективы используют многослойные просветляющие покрытия, состоящие из нескольких пленок разной толщины и с разными показателями преломления. Это позволяет эффективно подавлять отражение в широком диапазоне длин волн, то есть для всех цветов видимого спектра.

Ответ: Просветляющий слой наносят на оптические поверхности для уменьшения отражения света за счет интерференционного гашения отраженных волн. Это необходимо для того, чтобы: 1) увеличить количество света, проходящего через оптическую систему (повысить светосилу); 2) устранить паразитные блики и засветки, которые снижают контрастность и четкость изображения; 3) улучшить общее качество изображения и комфорт при использовании оптических приборов, таких как очки.