Большая Советская Энциклопедия (ОП)

Оптические переменные звёзды

Опти'ческие переме'нные звёзды , переменные звёзды , блеск которых изменяется вследствие изменения условий их видимости. К О. п. з. относятся затменные переменные звёзды, представляющие собой двойные звёзды с компонентами, периодически затмевающими друг друга при их движении вокруг общего центра тяжести.

Оптические системы

Опти'ческие систе'мы (методы расчёта), совокупности оптических деталей (линз, зеркал, призм, пластинок, диспергирующих элементов), образующие изображения оптические предметов на приёмниках световой энергии (глаз, светочувствительный слой, фотоэлемент и т.д.) или преобразующие по заданным законам пучки световых лучей (осветительные системы). Расчёт О. с. состоит в подыскании конструктивных элементов (радиусов кривизны, преломления показателей и дисперсии стекол или иных прозрачных материалов, расстояний между линзами и их толщин), при которых О. с. обладает требуемыми характеристиками: числовой апертурой , угловым или линейным полем зрения ,увеличением оптическим , размерами, качеством изображения или разрешающей способностью , распределением световой энергии. Этот расчёт выполняется в два этапа.

Сначала методами параксиальной оптики (см. Параксиальный пучок лучей ) производят расчёт общего расположения оптических деталей и их размеров (габаритный расчёт). В результате определяются число компонентов О. с., расстояния между ними, их диаметры и фокусные расстояния, на основе чего составляют эскизный проект системы, уточняют её размеры и вес. Иногда при габаритном расчёте выясняется, что построить О. с. принципиально невозможно (не выполняются какие-либо общие законы энергетики или противоречивы требования). На втором этапе расчёта определяются конструктивные элементы отдельных узлов О. с. из условия устранения её аберраций (см. Аберрации оптических систем ). Количество исправляемых аберраций связано как с назначением О. с., так и с её основными характеристиками. Например, в астрономических объективах (состоят из 2—3 линз), в которых мал угол поля зрения и велико фокусное расстояние при малом относительном отверстии, исправляются только сферическая аберрация ,хроматическая аберрация и кома . В фотографических объективах велики и относительное отверстие, и угол поля зрения; в них нужно откорригировать большее число аберраций (от 7 и более), и этим объясняется сложность их конструкции (современные светосильные объективы состоят из 10—15 линз). Ещё сложнее (20—25 линз) объективы с переменным фокусным расстоянием, в которых аберрации должны быть исправлены для нескольких значений фокусного расстояния. В первом приближении расчёт выполняется на основе теории аберраций 3-го порядка; окончательная подгонка делается на ЭВМ, для которых разработаны специальные программы. Критерием качества изображений служат либо значения поперечной или волновой аберрации, либо величина частотно-контрастной характеристики , которая должна быть задана заранее.

Лит . см. при ст. Объектив .

Г. Г. Слюсарев.

Оптические стандарты частоты

Опти'ческие станда'рты частоты' , квантовые стандарты частоты оптического диапазона. О. с. ч. по сравнению с квантовыми стандартами частоты радиодиапазона имеют важные преимущества: более высокую стабильность частоты ~10^–13 , а в перспективе ~10^–15 – 10^–16 (в диапазоне СВЧ — 10^–12 ); возможность создания в одном приборе эталонов частоты (т. е. времени) и длины (интерферометрические измерения длины волны).

Основным элементом О. с. ч. является газовый лазер (2 на рис. 1 ), работающий в спец. режиме, который позволяет выделять из относительно широкой спектральной линии (см. Ширина спектральных линии ) чрезвычайно узкие пики, фиксирующие положение вершины спектральной линии n _{(центральной частоты перехода). Спектральные линии газа в оптическом диапазоне из-за Доплера эффекта имеют тонкую структуру. Они состоят из смещённых линий однородной ширины, излучаемых отдельными атомами (рис. 2 ). В слабых световых полях эта структура не проявляется. В мощных же полях происходит избирательное поглощение энергии частицами, обладающими определённой скоростью, в результате чего в контуре спектральной линии «выжигаются» узкие провалы (минимумы мощности излучения) с шириной Г, равной однородной ширине линии (рис. 3 ). Т. к. в резонаторе лазера распространяются 2 волны, бегущие навстречу друг другу, то каждая из них резонансно поглощается «своей» группой атомов, отличающихся.знаком проекции скорости на ось резонатора: ±k , где k = с (n— n )/n . Поэтому в спектральной линии выжигаются 2 провала. Только если генерация лазера возбуждается на частоте резонатора, соответствующей вершине спектральной линии n , обе бегущие волны поглощаются одними и теми же частицами и 2 провала сливаются в 1 (рис. 4 ).}

Этот эффект, обнаруженный в 1962—63 американскими учёными У. Ю. Лэмбом и У. Р. Беннеттом, дал возможность принять в качестве репера частоты частоту генерации лазера, «привязанную» к частоте n _{квантового перехода не по доплеровской ширине (2 на рис. 2 ), а по однородной ширине Г линии, что даёт точность ~10^–10 – 10^–11 . Однако эта точность не была бы достигнута, если бы не был ослаблен эффект смещения (сдвиг) спектральной линии, обусловленный соударениями частиц газа между собой, что возможно при уменьшении давления. Для этого в резонатор лазера вводится ячейка с поглощающим газом (3 на рис. 1 ). Если при изменении частоты генерации в центре спектральной линии излучения появляется минимум мощности (рис. 4 ),} то в центре линии поглощения этот же эффект приводит к максимуму мощности той же однородной ширины Г (рис. 5 , а). Благодаря низкому давлению в поглощающей ячейке (10^–3мм рт . ст ., или 0,13 н /м² ) эта частота стабильна. Осуществленный О. с. ч. с гелий-неоновой усиливающей и метановой поглощающей ячейками (l = 3,39 мкм ) имеет g = 300–500 кгц и относительную стабильность частоты ~10^–13 , что означает поддержание частоты ~10¹⁴гц с точностью до 10 гц .

Дальнейший прогресс в развитии О. с. ч. связан с возможностью выделения ещё более узких линий, фиксирующих частоту квантовых переходов на несколько порядков уже однородной ширины Г спектральной линии. Это осуществляется в лазере с кольцевым резонатором, работающем как в одноволновом, так и в двухволновом режимах (рис. 6 ). При этом мощность излучения лазера из-за эффектов спектрального «выгорания» линии, пространственного выгорания среды и фазового взаимодействия на частотах, близких к центральной частоте перехода, перераспределяется между волнами разных типов. Это приводит к возникновению узких резонансных пиков, которые могут быть на несколько порядков более узкими и более резкими, чем в случае пиков мощности линейного лазера. Воспроизводимость частоты кольцевых лазеров с метановой поглощающей ячейкой такая же, как и в случае линейных лазеров. Существуют и др. методы стабилизации частоты лазеров.

Лит.: Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969; Басов Н. Г., Беленов Э. М., Сверхузкие спектральные линии и квантовые стандарты частоты, «Природа», 1972, № 12.

Э. М. Беленов.

Рис. 6. Схема оптического стандарта частоты, основанного на лазере с кольцевым резонатором.

Рис. 5. а. Появление минимума мощности в центре линии излучения сопровождается появлением максимума мощности в центре линии поглощения. б. Осциллограмма интенсивности бегущих волн гелий-неонового лазера с поглощающей метановой ячейкой в зависимости от частоты генерации; на центральной частоте спектральной линии метана у обеих волн возникают пики мощности.

Рис. 1. Схема оптического стандарта частоты с гелий-неоновым лазером и поглощающей ячейкой: 1 — зеркала оптического резонатора; 2 — ячейка лазера с активным газом; 3 — ячейка с поглощающим газом; 4 — приёмник излучения; 5 — система обратной связи.

Рис. 4. Слияние двух провалов в один.

Рис. 3. «Выжигание провалов» в контуре спектральной линии.

Рис. 2. Структура спектральной линии газа в оптическом диапазоне: 1 — линии однородной ширины Г, излучаемые отдельными атомами и смещённые из-за эффекта Доплера; 2 — контур спектральной линии газа; 3 — резонансная кривая резонатора; n — собственная частота резонатора; n — частота, соответствующая вершине спектральной линии.

Оптический гироскоп

Опти'ческий гироско'п , см. в ст. Квантовый гироскоп .

Оптический измерительный прибор

Опти'ческий измери'тельный прибо'р в машиностроении, средство измерения, в котором визирование (совмещение границ контролируемого размера с визирной линией, перекрестием и т.п.) или определение размера осуществляется с помощью устройства с оптическим принципом действия. Различают три группы О. и. п.: приборы с оптическим способом визирования и механическим (или др., но не оптическим) способом отсчёта перемещения; приборы с оптическим способом визирования и отсчёта перемещения; приборы, имеющие механический контакт с измеряемым объектом, с оптическим способом определения перемещения точек контакта.

Из приборов первой группы распространение получили проекторы для измерения и контроля деталей, имеющих сложный контур, небольшие размеры (например, шаблоны, детали часового механизма и т.п.). В машиностроении применяются проекторы с увеличением 10, 20, 50, 100 и 200, имеющие размер экрана от 350 до 800 мм по диаметру или по одной из сторон. Т. н. проекционные насадки устанавливают на микроскопах, металлообрабатывающих станках, различных приборах. Инструментальные микроскопы (рис. 1 ) наиболее часто используют для измерения параметров резьбы. Большие модели инструментальных микроскопов обычно снабжаются проекционным экраном или бинокулярной головкой для удобства визирования.

Наиболее распространённый прибор второй группы — универсальный измерительный микроскоп УИМ, в котором измеряемая деталь перемещается на продольной каретке, а головной микроскоп — на поперечной. Визирование границ проверяемых поверхностей осуществляется с помощью головного микроскопа, контролируемый размер (величина перемещения детали) определяется по шкале обычно с помощью отсчётных микроскопов. В некоторых моделях УИМ применено проекционно-отсчётное устройство. К этой же группе приборов относится компаратор интерференционный .