Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ОП)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 17 (всего у книги 22 страниц)
Оптическая анизотропия
Опти'ческая анизотропи'я , различие оптических свойств среды в зависимости от направления распространения в ней оптического излучения (света) и состояния поляризации этого излучения (см. Поляризация света ). Часто, особенно в кристаллооптике , под О. а. понимают только явление двойного лучепреломления . Более правильно, однако, относить к О. а. и вращение плоскости поляризации , происходящее в оптически-активных веществах . Естественная О. а. большинства кристаллов обусловлена характером их строения – неодинаковостью по разным направлениям поля сил, связывающих частицы в кристаллической решётке, а в случае некоторых оптически-активных кристаллов – также и особенностями возбуждённых состояний электронов и «ионных остовов» в этих кристаллах. Естественная оптическая активность (вращение плоскости поляризации) веществ, которые проявляют её в любом агрегатном состоянии (кристаллическом, аморфном, жидком, газообразном), связана с асимметрией строения отдельных молекул таких веществ и обусловленным ею различием во взаимодействии этих молекул с излучением различной поляризации. Наведённая (искусственная) О. а. возникает в средах, от природы оптически изотропных, под действием внешних полей, выделяющих в средах определённые направления. Это может быть электрическое поле (см. Керра эффект ), магнитное (Коттона – Мутона эффект , Фарадея эффект ), поле упругих сил (явление фотоупругости ). К искусственным О. а. относится также двойное лучепреломление в потоке жидкости (Максвелла эффект) и в средах, через которые пропускают световые потоки сверхвысокой интенсивности (обычно излучение лазеров ).
С. Г. Пржибельский.
Оптическая длина пути
Опти'ческая длина' пути' , оптический путь, между точками А и В прозрачной среды; расстояние, на которое свет (оптическое излучение ) распространился бы в вакууме за время его прохождения от А до В . Поскольку скорость света в любой среде меньше его скорости в вакууме, О. д. п. всегда больше реально проходимого светом расстояния (или, в предельном случае вакуума, равна ему). В оптической системе, состоящей из р однородных сред (траектория луча света в такой системе – ломаная линия), О. д. п. равна 
, где lk – расстояние, пройденное светом в k -той среде (k = 1, 2,..., р ), nk – показатель преломления этой среды, å – знак суммы. Для одной среды (р = 1) сумма сокращается до единственного члена ln . В оптически неоднородной среде (с плавно меняющимся n ; траектория луча в такой среде – кривая линия), О. д. п. есть 
, где dl – бесконечно малый элемент траектории луча. Понятие О. д. п. играет большую роль в оптике, особенно в геометрической оптике и кристаллооптике , позволяя сопоставлять пути, проходимые светом в средах, в которых скорость его распространения различна. Геометрическое место точек, для которых О. д. п., отсчитываемая от одного источника, одинакова, называется поверхностью световой волны; световые колебания на этой поверхности находятся в одинаковой фазе . См. также Разность хода лучей, Ферма принцип ,Эйконал .
Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т.3); Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., ч. 1, М. – Л., 1948; Борн. М., Вольф Э., Основы оптики, пер с англ., 2 изд., М., 1973.
Оптическая звукозапись
Опти'ческая звукоза'пись , то же, что звукозапись фотографическая.
Оптическая изомерия
Опти'ческая изомери'я , один из видов пространственной изомерии .
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 knl , где kn – натуральный поглощения показатель среды, l – толщина слоя (knl = kcl – показатель в уравнении Бугера – Ламберта – Бера закона ; если рассеянием в среде нельзя пренебречь, kn 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 DII 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 De перпендикулярно к слою направляется параллельный поток, измеряется весь прошедший поток; в) и г) два способа измерения, применяемые для определения двух типов диффузной оптической плотности D¹ (падающий поток – идеально рассеянный). Разность DII – De служит мерой светорассеяния в измеряемом слое.
Оптическая связь
Опти'ческая связь , связь посредством электромагнитных колебаний оптического диапазона (как правило, 1013 —1015гц ). Использование света для простейших (малоинформативных) систем связи имеет давнюю историю (см., например, Оптический телеграф ). С появлением лазеров возникла возможность перенести в оптический диапазон разнообразные средства и принципы получения, обработки и передачи информации, разработанные для радиодиапазона. Огромный рост объёмов передаваемой информации и вместе с тем практически полное исчерпание ёмкости радиодиапазона придали проблеме освоения оптического диапазона в целях связи исключительную важность. Основные преимущества О. с. по сравнению со связью на радиочастотах, определяемые высоким значением оптической частоты (малой длиной волны): большая ширина полосы частот для передачи информации, в 104 раз превышающая полосу частот всего радиодиапазона, и высокая направленность излучения при входных и выходных апертурах , значительно меньших апертур антенн в радиодиапазоне. Последнее достоинство О. с. позволяет применять в передатчиках оптических систем связи генераторы с относительно малой мощностью и обеспечивает повышенную помехозащищенность и скрытность связи.
Структурно линия О. с. аналогична линии радиосвязи . Для модуляции излучения оптического генератора либо управляют процессом генерации, воздействуя на источник питания или на оптический резонатор генератора, либо применяют дополнительные внешние устройства, изменяющие выходное излучение по требуемому закону (см. Модуляция света ). При помощи выходного оптического узла излучение формируется в малорасходящийся луч, достигающий входного оптического узла, который фокусирует его на активную поверхность фотопреобразователя. С выхода последнего электрические сигналы поступают в узлы обработки информации. Выбор несущей частоты в системе О. с. – сложная комплексная задача, в которой должны учитываться условия распространения оптического излучения в среде передачи, технические характеристики лазеров, модуляторов, приёмников света , оптических узлов. В системах О. с. находят применение два способа приёма сигналов – прямое детектирование и гетеродинный приём. Гетеродинный метод приёма, обладая рядом преимуществ, главные из которых – повышенная чувствительность и дискриминация фоновых помех, в техническом отношении много сложнее прямого детектирования. Серьёзным недостатком этого метода является существенная зависимость величины сигнала на выходе фотоприёмника от характеристик трассы.
В зависимости от дальности действия системы О. с. можно разделить на следующие основные классы: открытые наземные системы ближнего радиуса действия, использующие прохождение излучения в приземных слоях атмосферы; наземные системы, использующие закрытые световодные каналы (волоконные световоды , светонаправляющие зеркально-линзовые структуры) для высокоинформативной связи между АТС, ЭВМ, для междугородной связи; высокоинформативные линии связи (главным образом ретрансляционные), действующие в ближнем космическом пространстве; дальние космические линии связи.
В СССР и за рубежом накоплен определённый опыт работы с открытыми линиями О. с. в приземных слоях атмосферы с использованием лазеров. Показано, что сильная зависимость надёжности связи от атмосферных условий (определяющих оптическую видимость) на трассе распространения ограничивает применение открытых линий О. с. относительно малыми расстояниями (несколько километров) и лишь для дублирования существующих кабельных линий связи, использования в малоинформативных передвижных системах, системах сигнализации и т.п. Однако открытые линии О. с. перспективны как сродство связи между Землёй и космосом. Например, с помощью лазерного луча можно передавать информацию на расстояние ~108 км со скоростью до 105бит в сек , в то время как микроволновая техника при этих расстояниях обеспечивает скорость передачи только ~10 бит в сек . В принципе, О. с. в космосе возможна на расстояниях до 1010км , что немыслимо для иных систем связи; однако построение космических линий О. с. технически весьма сложно.
В земных условиях наиболее перспективны системы О. с., использующие закрытые световодные структуры. В 1974 показана возможность изготовления стеклянных световодов с затуханием передаваемых сигналов не более нескольких дб /км . При современном уровне техники, используя полупроводниковые диодные излучатели, работающие как в лазерном (когерентном), так и в некогерентном режимах, кабели со световолоконными жилами и полупроводниковые приёмники, можно построить магистрали связи на тысячи телефонных каналов с ретрансляторами, располагаемыми на расстояниях около 10 км друг от друга. Интенсивные работы по созданию лазерных излучателей со сроками службы ~10—100 тыс. ч , разработка широкополосных высокочувствительных приёмных устройств, более эффективных световодных структур и технологии изготовления световодов большой протяжённости, по-видимому, сделают О. с. конкурентоспособной со связью по существующим кабельным и релейным магистралям уже в ближайшем десятилетии. Можно ожидать, что О. с. займёт важное место в общегосударственной сети связи наряду с др. средствами. В перспективе системы О. с. со световодными линиями по своим информационным возможностям и стоимости на единицу информации могут стать основным видом магистральной и внутригородской связи.
Лит.: Чернышев В. Н., Шереметьев А. Г., Кобзев В. В., Лазеры в системах связи, М., [1966]; Пратт В. К., Лазерные системы связи, пер. с англ., М., 1972; Применение лазеров, пер. с англ., М., 1974.
А. В. Иевский, М. Ф. Стельмах.
