Большая Советская Энциклопедия (ОП)

Оптическая локация

Опти'ческая лока'ция , совокупность методов обнаружения, измерения координат, а также распознавания формы удалённых объектов с помощью электромагнитных волн оптического диапазона — от ультрафиолетовых до дальних инфракрасных. О. л. позволяет с высокой точностью (до нескольких десятков см ) производить картографирование земной поверхности, поверхности Луны, определять расстояние до облаков, самолётов, космических, надводных и подводных (используя зелёный участок спектра) объектов, исследовать распределение инверсионных и аэрозольных слоев в атмосфере. Практически создание оптических локаторов с большой дальностью действия, высокими точностью и разрешающей способностью стало возможным только с появлением таких мощных источников когерентного излучения, как оптические квантовые генераторы — лазеры . В О. л. используются те же принципы определения координат, что и в радиолокации : оптический локатор облучает объект с помощью передатчика и принимает отражённое от него излучение при помощи приёмника. Электрический сигнал на выходе приёмника содержит информацию о параметрах лоцируемого объекта; характеристики этого сигнала в среднем пропорциональны координатам объекта. Методы обнаружения объектов оптическим локатором и определения их угловых координат в основном такие же, как в теплопеленгации (см. Инфракрасное излучение ), а методы определения дальности такие же, как в радиолокации. Вследствие квантового характера взаимодействия лазерного излучения с детектором приёмника и когерентности лазерного излучения методы обработки сигнала в О. л. являются статистическими. Если оптический локатор определяет только расстояние до объектов, он называется электрооптическим дальномером .

Схема и принцип действия одного из типов оптического локатора для слежения за авиационными и космическими объектами показаны на рис . Луч лазера, пройдя через коллиматор , системой зеркал направляется на объект. Отражённый от объекта луч улавливается плоским зеркалом и направляется на параболическое зеркало, с которого поступает одновременно на диссектор (или матрицу фотоприёмника) — для определения угловых координат и на фотоэлектронный умножитель (или иной детектор) — для определения дальности объекта. Электрические сигналы с диссектора подаются в следящую систему , управляющую положением передающей и приёмной оптических систем локатора.

Основные преимущества оптических локаторов перед радиолокаторами — бо'льшая точность определения угловых координат объектов (по максимуму отражённого сигнала) и высокая разрешающая способность по дальности. Например, при использовании лазерного луча с углом расхождения, равным 10', погрешность определения угловых координат объекта составляет менее 1' (у радиолокаторов — 25—30'); при длительности светового импульса 10 нсек разрешение по дальности может достигать нескольких см . Кроме того, оптический локатор обладает высокой угловой разрешающей способностью, т. е. способностью различать 2 соседних равноудалённых объекта, которая обусловлена очень высокой направленностью излучения. Высокая разрешающая способность оптического локатора даёт возможность решать задачу распознавания формы объектов. Существенный недостаток оптических локаторов — затруднительное использование их в сложных метеорологических условиях (при дожде, тумане, снеге и т.п.) для локации объектов на далёких расстояниях.

Лит.: Криксунов Л. 3., Усольцев И. Ф., Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов, М., 1968; Волохатюк В. А., Кочетков В. М., Красовский P. P., Вопросы оптической локации, М., 1971; Курикша А. А., Квантовая оптика и оптическая локация, М., 1973.

И. Ф. Усольцев.

Схема и принцип действия оптического локатора: 1 — передатчик (лазер); 2 — коллиматор; 3, 4 — зеркала; 5 — передающая оптическая система; 6 — лоцируемый объект; 7 — приёмная оптическая система; 8 — зеркало; 9 — полупрозрачное зеркало; 10 — узкополосный оптический фильтр; 11 — диссектор; 12 — зеркало; 13 — приёмник дальномерного устройства (фотоэлектронный умножитель); 14 — устройство ручного управления; 15 — следящая система. Пунктиром показан ход лучей, отражённых от объекта.

Оптическая масса атмосферы

Опти'ческая ма'сса атмосфе'ры , отношение массы воздуха, пронизанной пучком лучей Солнца от верхней границы атмосферы до поверхности Земли (при данном зенитном расстоянии), к массе воздуха, которая была бы пронизана этим пучком лучей, если бы Солнце находилось в зените. Понятие об О. м. а. используется в метеорологии при расчётах ослабления солнечной радиации, проходящей через атмосферу.

Лит.: Курс метеорологии (физика атмосферы), под ред. П. Н. Тверского, Л., 1951.

Оптическая накачка

Опти'ческая нака'чка , возбуждение микрочастиц (атомов, молекул и др.), составляющих вещество, с более низкого уровня энергии на более высокий уровень под действием света. См. Квантовая электроника ,Квантовые стандарты частоты ,Квантовый магнитометр ,Лазер .

Оптическая ориентация

Опти'ческая ориента'ция парамагнитных атомов, упорядочение с помощью оптического излучения направлений магнитных моментов и связанных с ними механических моментов атомов газа (см. Атом ). Открыта А. Кастлером в 1953. Различают собственно О. о., при которой атомный газ приобретает макроскопический магнитный момент, и выстраивание, характеризующееся появлением анизотропии распределения моментов атомов при сохранении равенства нулю полного макроскопического момента газа. Собственно О. о. происходит при резонансном поглощении или рассеянии атомами поляризованного по кругу излучения (см. Поляризация света ).Фотоны такого излучения обладают моментом количества движения , равным ±

(

—Планка постоянная ), и передают его атому при взаимодействии с ним. В газе парамагнитных атомов это приводит к преимущественной ориентации механических моментов электронов и, следовательно (см., например, Магнетон ), магнитных моментов атомов. Т. о., простейшее объяснение О. о. состоит в том, что она является следствием закона сохранения момента количества движения (см. Сохранения законы ) в системе фотон — атом. Выстраивание, в отличие от собственно О. о., осуществляется не поляризованным по кругу, а линейно-поляризованным или неполяризованным излучением. Поглощение ориентированным газом падающего излучения заметно меняется. О. о. регистрируют по этому эффекту, а также по возникающей при ней оптической анизотропии газа — дихроизму (см. Плеохроизм ),двойному лучепреломлению , появлению вращения плоскости поляризации проходящего света. Непосредственно О. о. осуществлена с парами щелочных и щёлочноземельных металлов, атомами инертных газов в метастабильных состояниях и некоторыми ионами. Парамагнитные атомы, особенности электронного строения которых исключают их прямую О. о., могут ориентироваться косвенно — при соударениях с другими, уже ориентированными атомами (спиновый обмен). Возможна также О. о. носителей заряда в полупроводниках. Воздействие «внутреннего» магнитного поля ориентированных электронных оболочек может приводить к ориентации магнитных моментов ядер атомов (см. Ориентированные ядра ,Отрицательная температура ), которая сохраняется значительно дольше, чем электронная ориентация (как говорят, её время релаксации больше), в связи с чем этот эффект используют для создания квантовых гироскопов . Ориентированные атомы применяют для изучения слабых межатомных взаимодействий и взаимодействий электромагнитных полей с атомами. Квантовые магнитометры с О. о. (обычно электронной) позволяют регистрировать чрезвычайно малые (~10^–8э ) изменения напряжённости магнитного поля в диапазоне от нуля до нескольких сотен э . О. о. является частным случаем оптической накачки — перевода вещества в энергетически неравновесное состояние в процессах поглощения им света.

Е. Б. Александров.

Оптическая ось

Опти'ческая ось линзы (вогнутого или выпуклого зеркала), прямая линия, являющаяся осью симметрии преломляющих поверхностей линзы (отражающей поверхности зеркала); проходит через центры поверхностей перпендикулярно к ним. Оптические поверхности, обладающие О. о., называются осесимметричными (см. Зеркало ,Линза ). О. о. оптической системы — общая ось симметрии всех входящих в систему линз и зеркал.

Оптическая ось кристалла

Опти'ческая ось криста'лла , направление в кристалле, в котором свет распространяется, не испытывая двойного лучепреломления . Подробнее см. Кристаллооптика .

Оптическая печь

Опти'ческая печь , устройство, в котором лучистая энергия от какого-либо источника с помощью системы отражателей фокусируется на площадку диаметром обычно 1—30 мм , а в крупных печах — до 350 мм , в результате чего на этой площадке может быть достигнута температура 1000—5000 °С. О. п. широко применяются для проведения исследований физико-химических свойств материалов при высоких температурах, влияния интенсивных лучистых потоков на материалы и организмы, а также для плавки в особо чистых условиях, сварки и пайки тугоплавких материалов, выращивания монокристаллов, рафинирования цветных металлов и т.п. О. п. классифицируют в зависимости от источника лучистой энергии: солнечные печи (гелиопечи), в которых используется энергия солнечного излучения, и печи с искусственными источниками энергии (лампы накаливания, графитовые нагреватели, дуговые лампы, газоразрядные ксеноновые лампы сверхвысокого давления и плазменные излучатели). Конструкция О. п. зависит от её назначения; во всех случаях в состав О. п. входят источник излучения, отражательное устройство, регулятор лучевого потока, с помощью которого изменяют и поддерживают температуру нагрева, и рабочая камера.

Лит.: Оптические печи, М., 1969.

В. М. Тымчак.

Оптическая пирометрия

Опти'ческая пироме'трия , см. Пирометрия .

Оптическая плотность

Опти'ческая пло'тностьD , мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения F _{, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеяния потоку F , прошедшему через этот слой: D = lg (F /F ), иначе, О. п. есть логарифм величины, обратной пропускания коэффициенту слоя вещества: D = lg (1/t). (В определении используемой иногда натуральной О. п. десятичный логарифм lg заменяется натуральным ln.) Понятие О. п. введено Р. Бунзеном ; оно привлекается для характеристики ослабления оптического излучения (света) в слоях и плёнках различных веществ (красителей, растворов, окрашенных и молочных стекол и многое др.), в светофильтрах и иных оптических изделиях. Особенно широко О. п. пользуются для количественной оценки проявленных фотографических слоев как в черно-белой, так и в цветной фотографии, где методы её измерения составляют содержание отдельной дисциплины — денситометрии . Различают несколько типов О. п. в зависимости от характера падающего и способа измерения прошедшего потоков излучения (рис. ).}

О. п. зависит от набора частот n (длин волн l), характеризующего исходный поток; её значение для предельного случая одной единственной n называется монохроматической О. п. Регулярная (рис. , а) монохроматическая О. п. слоя нерассеивающей среды (без учёта поправок на отражение от передней и задней границ слоя) равна 0,4343 k_nl , где k_n — натуральный поглощения показатель среды, l — толщина слоя (k_nl = kcl — показатель в уравнении Бугера — Ламберта — Бера закона ; если рассеянием в среде нельзя пренебречь, k_n заменяется на натуральный ослабления показатель ). Для смеси нереагирующих веществ или совокупносги расположенных одна за другой сред О. п. этого типа аддитивна, т. е. равна сумме таких же О. п. отдельных веществ или отдельных сред соответственно. То же справедливо и для регулярной немонохроматической О. п. (излучение сложного спектрального состава) в случае сред с неселективным (не зависящим от n) поглощением. Регулярная немонохроматич. О. п. совокупности сред с селективным поглощением меньше суммы О. п. этих сред. (О приборах для измерения О. п. см. в статьях Денситометр , Микрофотометр , Спектрозональная аэрофотосъёмка ,Спектросенситометр , Спектрофотометр , Фотометр .)

Лит.: Гороховский Ю. Н., Левенберг Т. М., Общая сенситометрия. Теория и практика, М., 1963; Джеймс Т., Хиггинс Дж., Основы теории фотографического процесса, пер. с англ., М., 1954.

Л. Н. Капорский.

Типы оптической плотности слоя среды в зависимости от геометрии падающего и способа измерения прошедшего потока излучения (в принятой в СССР сенситометрической системе): а) регулярную оптическую плотность D_II определяют, направляя на слой по перпендикуляру к нему параллельный поток и измеряя только ту часть прошедшего потока, которая сохранила первоначальное направление; б) для определения интегральной оптической плотности D_e перпендикулярно к слою направляется параллельный поток, измеряется весь прошедший поток; в) и г) два способа измерения, применяемые для определения двух типов диффузной оптической плотности D_¹ (падающий поток — идеально рассеянный). Разность D_II — D_e служит мерой светорассеяния в измеряемом слое.