LB-ABE-600 - учебный набор для изучения аберраций

Учебный демонстрационный набор для изучения аберраций LB-ABE-600 предназначен для того, чтобы помочь пользователям лучше понять явление аберраций в оптических системах через проведение оптических экспериментов. С его помощью можно наглядно продемонстрировать основные типы аберраций: сферическую аберрацию, кому, астигматизм, дисторсию и хроматическую аберрацию. В комплект входят четыре специально разработанных эксперимента, каждый из которых посвящён изучению конкретного типа аберрации. Учебный набор позволяет преподавателям легко сочетать теорию гауссовой оптики с практическими причинами возникновения аберраций, обеспечивая интерактивное и наглядное обучение. Студенты могут самостоятельно проводить эксперименты, развивая практические навыки и получая глубокое интуитивное понимание ключевых понятий.

Благодаря продуманной оптической конструкции пользователи могут легко заменять компоненты: источники света (например, широкополосный белый светодиод на монохроматический лазерный модуль с длиной волны 532 нм) или объекты для визуализации (например, апертуру или тестовые мишени для определения разрешения). Это позволяет гибко проводить различные эксперименты в рамках одной демонстрационной системы. Эксперименты по геометрическим аберрациям включают: наблюдение сфокусированного пятна при сферической аберрации, демонстрацию эффекта хвоста кометы при аберрации кома, изучение различий между меридиональной и сагиттальной фокусировкой при астигматизме, а также демонстрацию подушкообразного искажения при дисторсии и цветового ореола при хроматической аберрации.

Основы теории геометрических аберраций

В идеальном случае оптическая система, подчиняющаяся гауссовой теории изображения, способна обеспечить точное изображение. Однако гауссова теория применима только в условиях параксиального приближения, то есть когда лучи идут под малыми углами к главной оптической оси. При отклонении лучей от этой области, из-за сферической формы линз, несовершенства материалов и ограничений конструкции системы, возникают различные отклонения хода лучей, что приводит к ошибкам изображения. Это явление называется геометрическими аберрациями.

Геометрические аберрации обычно подразделяются на следующие пять типов:

• Сферическая аберрация: возникает из-за того, что лучи, проходящие на разных расстояниях от оптической оси, фокусируются в разных точках. Положительная сферическая аберрация: краевые лучи фокусируются ближе, чем параксиальные. Отрицательная сферическая аберрация: параксиальные лучи фокусируются ближе, чем краевые. Это типичный пример аберрации широкого пучка. Аберрация приводит к размытости изображения, снижению пространственного разрешения и контрастности.

• Кома: при изображении внеосевого объекта лучи фокусируются на изображающей плоскости асимметрично, что вызывает «хвост» у светового пятна. Относится к аберрациям широкого пучка.

• Астигматизм: лучи от внеосевого объекта в сагиттальной и меридиональной плоскостях не сходятся в одной точке, из-за чего изображение размывается в виде линии. Относится к аберрациям узкого пучка.

• Кривизна поля: изображающая плоскость становится не плоской, а криволинейной, из-за чего изображения внеосевых объектов смещаются вперёд или назад. 
• Дисторсия: увеличение изображения зависит от положения относительно оптической оси, что приводит к геометрическим искажениям изображения, но не влияет на его чёткость. Различают бочкообразную и подушкообразную дисторсию.

Кроме того, если объект излучает многоволновой свет, то из-за различия показателей преломления для разных длин волн возникает ещё один тип аберраций:

• Хроматическая аберрация: лучи различных длин волн фокусируются в разных точках.