Войти
Вергенция луча. Вергенция обратно пропорциональна расстоянию от фокуса в метрах. Если (положительная) линза фокусирует луч, она должна располагаться слева от фокуса, в то время как отрицательная линза должна располагаться справа от фокуса для получения соответствующей вергенции. Вергенция - это угол, образованный лучей света, которые не идеально параллельны друг другу. Говорят, что лучи, которые движутся ближе к оптической оси по мере своего распространения, сходятся, в то время как лучи, удаляющиеся от оси, расходятся. Эти воображаемые лучи всегда перпендикулярны волновому фронту света, таким образом, вершина света напрямую связана с радиусами кривизны волновых фронтов. Выпуклая линза или вогнутое зеркало заставят параллельные лучи фокусироваться, сходясь к точке. За пределами этой фокусной точки лучи расходятся. И наоборот, вогнутая линза или выпуклое зеркало заставят параллельные лучи расходиться.
Свет на самом деле не состоит из воображаемых лучей, и источники света не являются одноточечными источниками, поэтому сближение обычно ограничивается простым лучевым моделированием оптических систем. В реальной системе вергенция - это произведение диаметра источника света, его расстояния от оптики и кривизны оптических поверхностей. Увеличение кривизны вызывает увеличение вергенции и уменьшение фокусного расстояния, а размер изображения или пятна (диаметр талии) будет меньше. Точно так же уменьшение кривизны уменьшает вергентность, что приводит к увеличению фокусного расстояния и увеличению диаметра изображения или пятна. Эта взаимная зависимость между вергенцией, фокусным расстоянием и диаметром перетяжки постоянна во всей оптической системе и называется оптическим инвариантом . Луч, который расширен до большего диаметра, будет иметь меньшую степень расходимости, но если сгуститься до меньшего диаметра, расхождение будет больше.
Простая модель луча не работает в некоторых ситуациях, например, для лазерного света, где вместо этого должен использоваться анализ гауссова луча.
Коллимированные (параллельные) световые волны сходятся через линзу, затем расходятся для коллимирования другой линзой, снова сходясь через линзу глаза. В геометрической оптике, вергенция описывает кривизну фронтов оптических волн. Вергенция определяется как
, где n - показатель преломления среды, а r - расстояние от точечного источника до фронта волны.. Вергенция измеряется в единицах диоптрий (D), что эквивалентно м. Это описывает сходимость с точки зрения оптической мощности. Для оптики, такой как выпуклые линзы, точка схождения света, выходящего из линзы, находится на входной стороне фокальной плоскости и имеет положительную оптическую силу. Для вогнутых линз точка фокусировки находится на задней стороне объектива или на выходной стороне фокальной плоскости и имеет отрицательную силу. Линза без оптической силы называется оптическим окном с плоскими параллельными гранями. Оптическая сила напрямую связана с тем, насколько большие позитивные изображения будут увеличиваться и насколько маленькие негативные изображения будут уменьшаться.
Все источники света производят некоторую степень расхождения, поскольку волны, выходящие из этих источников, всегда имеют некоторую степень кривизны. На подходящем расстоянии эти волны можно выпрямить с помощью линзы или зеркала, создавая коллимированные лучи с минимальной расходимостью, но некоторая степень расходимости останется, в зависимости от диаметра луча в зависимости от фокусного расстояния.. Когда расстояние между точечным источником и волновым фронтом становится очень большим, вергенция стремится к нулю, что означает, что волновые фронты плоские и больше не имеют обнаруживаемой кривизны. Свет от далеких звезд имеет такой большой радиус, что любая кривизна волновых фронтов не обнаруживается и не имеет вершин.
Свет также можно представить как состоящий из пучка линий, излучающих в направлении распространения, которые всегда перпендикулярны волновому фронту, называемые «лучами». Эти воображаемые линии бесконечно малой толщины разделены только углом между ними. В трассировке лучей вершину можно представить как угол между любыми двумя лучами. Для получения изображений или лучей вергенция часто описывается как угол между крайними лучами в пучке (краевые лучи ) на краю (краю) светового конуса и оптической осью .. Этот наклон обычно измеряется в радианах. Таким образом, в этом случае сходимость лучей, пропускаемых линзой, равна радиусу источника света, деленному на его расстояние от оптики. Это ограничивает размер изображения или минимальный диаметр пятна, который может быть получен с помощью любой фокусирующей оптики, который определяется обратной величиной этого уравнения; расхождение источника света, умноженное на расстояние. Это соотношение между вергенцией, фокусным расстоянием и минимальным диаметром пятна (также называемым «диаметром перетяжки») остается постоянным во всем пространстве и обычно называется оптическим инвариантом.
. Это угловое соотношение становится особенно важным, когда лазерные операции, такие как лазерная резка или лазерная сварка, поскольку всегда существует компромисс между диаметром пятна, который влияет на интенсивность энергии, и расстоянием до объекта. Когда желательна малая расходимость луча, тогда необходим луч большего диаметра, но если нужен меньший луч, нужно довольствоваться большей расходимостью, и никакое изменение положения линзы не изменит этого. Единственный способ добиться меньшего размера пятна - использовать линзу с меньшим фокусным расстоянием или расширить луч до большего диаметра.
Однако эта мера кривизны волновых фронтов полностью действительна только в геометрическая оптика, а не в оптике с гауссовым лучом или в волновой оптике, где волновой фронт в фокусе зависит от длины волны, а кривизна не пропорционально расстоянию от фокуса. В этом случае дифракция света начинает играть очень активную роль, часто ограничивая размер пятна даже большими диаметрами, особенно в дальнем поле. Для некруглых источников света расхождение может отличаться в зависимости от положения лучей в поперечном сечении от оптической оси. Диодные лазеры, например, имеют большее расхождение в параллельном направлении, чем в перпендикулярном, создавая лучи с прямоугольными профилями. Такое различие в расходимости можно уменьшить с помощью методов формирования луча, таких как использование стержневой линзы, которая влияет только на расходимость вдоль одного направления поперечного сечения.
Волновые фронты, распространяющиеся к одной точке, дают положительную вершину. Это также называется сходимостью, поскольку все волновые фронты сходятся в одной и той же точке фокусировки. Напротив, волновые фронты, распространяющиеся от одной точки источника, уступают место отрицательной вершине. Отрицательная вергенция также называется дивергенцией.
