Термины оптики и стереоскопии

Линии Фраунгофера

В непрерывном солнечном спектре, который исследовал ещё Ньютон, английский физик У. Волластон в 1802 году впервые заметил одиночные чёрные линии. В 1814 году их заново обнаружил и описал немецкий физик Й. Фраунгофер, а Р. Кирхгоф в 1859-м объяснил причину их появления. Атомы нагретого до высокой температуры вещества испускают излучения, длины волн которых характерны для каждого атома (именно на этом их свойстве основан метод спектрального анализа). А те же атомы, но холодного вещества эти излучения поглощают. И в спектре проходящего сквозь вещество излучения появляются чёрные линии.

Красное смещение в спектрах далёких галактик. Чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она удаляется. За счёт эффекта Доплера длина волны принятого на Земле её излучения становится тем больше, чем выше её скорость. Видно, что D-линия натрия смещается из жёлтой области спектра в красную, в область бóльших длин волн.

Недра Солнца представляют собой горячую плазму с температурой порядка 5·106 К. Ионы элементов, из которых она состоит, — водород, кислород, натрий, железо, кальций и др. — излучают в широком диапазоне длин волн; мы их спектр воспринимаем как белый свет. Но на пути этого излучения лежит солнечная корона — окружающий светило плазменный слой из тех же элементов. Температура его внутренней области около 5·103 К, а периферия постепенно остывает почти до 3 К.

Фраунгоферовы линии в спектре Солнца. Длины волн приведены в нанометрах (1 нм = 10–9 м).

В «холодной» короне излучение ионов поглощается, и в спектре Солнца возникают чёрные линии Фраунгофера. Йозеф Фраунгофер отметил в видимой части солнечного спектра 570 линий и обозначил самые яркие латинскими буквами от А до К. Сегодня известно более 20 тысяч линий в диапазоне от далёкого ультрафиолета до ближнего инфракрасного. Наиболее яркие в видимой части линии К и Н кальция — 393,4 нм и 396,8 нм соответственно; G-линии железа и кальция практически одинаковы: 430,8 нм, а в Е-области линия излучения железа равна 527,0 нм. Водород излучает в F- и С-областях на длинах волн 486,1 и 656,3 нм, кислород — в В- и А-областях на линиях 686,7 и 759,3 нм.

Хорошо заметна также D-линия натрия — жёлтый дублет из очень близких линий 0,5890 и 0,5896 мкм. А поскольку натрий — чрезвычайно широко распространённый элемент, его яркие жёлтые линии (при слабом разрешении прибора они сливаются) видны практически на всех спектрограммах. Их свечение можно увидеть и невооружённым глазом. Бросьте щепотку поваренной соли (NaCl) в голубоватое пламя газовой горелки кухонной плиты, и оно мгновенно пожелтеет.

Эшелле

Эшелле (от фр. echelle — лестница) — отражательная дифракционная решётка в виде зеркальных ступенек, вырезанных на поверхности металлической пластины. Отражённые от них лучи интерферируют, осуществляя разделение излучения по частотам (дисперсию) — их разрешение. При небольшом числе штрихов — от 10 до 100 на миллиметр — эшелле имеет высокую разрешающую способность и концентрирует энергию излучения в спектрах высоких порядков дифракции.

Отражательная дифракционная решётка — эшелле имеет асимметричный треугольный профиль штриха, позволяющий получать высокий порядок дифракции.

Порядок диффракции

Порядок дифракции (точнее — интерференции) — в данном случае величина, равная разности хода лучей, отражённых от дифракционной решётки. Её выражают в длинах световых волн. Целые значения порядка соответствуют максимумам, полуцелые — минимумам картины интерференции. Эталон Фабри — Перо даёт величину порядка дифракции до 106 и выше. А чем он больше, тем yже дифракционный максимум, тем лучше разрешение.

Моды

Моды (от лат. мodus — мера, вид) — так называемые нормальные колебания в оптических резонаторах лазера, эталона Фабри — Перо и пр., то есть колебания электромагнитной волны на их резонансной частоте. Величину моды определяет размер резонатора, расстояние между его зеркалами. Волоконно-оптические линии связи конструктивно рассчитаны на пропускание либо одной частоты (одномодовые), либо широкого спектра частот (многомодовые).

Постоянная тонкой структуры

Постоянная тонкой структуры — безразмерная величина ? = е2/ћс ? 1/137, где е — заряд электрона; ћ — постоянная Планка; с — скорость света. Она определяет размер очень малого изменения величины (расщепления) энергетических уровней атома и, следовательно, образования тонкой структуры — набора узких и близких частот в его спектральных линиях, пропорционального ?2. Расщепление происходит за счёт квантового эффекта — взаимодействия двух электронов атома в результате обмена между ними виртуальными (ненаблюдаемыми) фотонами, которое проходит с изменением энергии.

Временная когерентность

Временнaя когерентность — свойство лазерного излучения сохранять постоянными длину волны (частоту) и фазу в течение определённого времени ?. По его истечении фаза излучения меняется и оно считается уже другой последовательностью электромагнитных волн.

Добротность резонатора D

Добротность резонатора D — отношение энергии Е, запасённой в нём, к величине потерь ?Е. Чем меньше потери (рассеяние, поглощение и пр.), тем выше добротность. Когда оптический затвор не пропускает излучение, добротность D = 0, потери энергии максимальны, лазер не излучает. Когда затвор (пассивный или активный за счёт внешнего воздействия) меняет пропускание, происходит модуляция добротности резонатора лазера и соответственно меняется режим его работы.

Эффект самофокусировки подобен действию просветляющегося поглотителя — интенсивное излучение диафрагма свободно пропускает, а слабое частично срезает.

Самофокусировка

Самофокусировка — явление нелинейной оптики, заключающееся в увеличении показателя преломления прозрачного вещества при увеличении интенсивности лазерного излучения, проходящего через него. В результате происходит такое же искривление волнового фронта, как и в случае собирающей линзы. Прозрачное вещество превращается в положительную линзу под действием самого лазерного излучения. Отсюда и название — самофокусировка.