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 нсекразрешение 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'цияпарамагнитных 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 ^–8 э) 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 осьлинзы (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'тность D, мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излученияF ₀, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеяния потоку F, прошедшему через этот слой: D= lg ( F ₀/ 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 _n l, где k _n - натуральный поглощения показатель среды, l- толщина слоя ( k _n l= k cl- показатель в уравнении Бугера - Ламберта - Бера закона ; если рассеянием в среде нельзя пренебречь, k _nзаменяется 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 _IIопределяют, 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 _eперпендикулярно 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 _eслужит мерой светорассеяния в измеряемом слое.

Оптическая связь

Опти'ческая связь, связь посредством электромагнитных колебаний оптического диапазона (как правило, 10 ¹³-10 ¹⁵ гц). 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 10 ⁴раз 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 ~10 ⁸ кмсо скоростью до 10 ⁵ битв сек, в то время как микроволновая техника при этих расстояниях обеспечивает скорость передачи только ~10 битв сек. В принципе, О. с. в космосе возможна на расстояниях до 10 ¹⁰ км, 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 кмдруг 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.

Оптическая сила

Опти'ческая си'ла, характеризует преломляющую способность осесимметричных линз и систем таких линз. О. с. есть величина, обратная фокусному расстоянию системы: j= n’/ f’ = – n/ f, где n’ и n- преломления показатели сред, расположенных соответственно за и перед системой; fи f’ - заднее и переднее фокусные расстояния системы, отсчитываемые от её главных плоскостей (см. Кардинальные точки оптической системы). Для системы, находящейся в воздухе ( n= n’ » 1), j равна 1/ f’. Следовательно, О. с. системы (или отдельной линзы) тем больше, чем сильнее эта система преломляет лучи света (чем меньше её фокусное расстояние). О. с. измеряется в диоптриях( м ^–1); она положительна для собирающих систем и отрицательна для рассеивающих. Особенно широко понятием О. с. пользуются в диоптрике глаза и очковой оптике (см. также Линза , Очки ).

Оптическая теорема

Опти'ческая теоре'ма, устанавливает связь между уменьшением интенсивности волны, распространяющейся в среде, и полным сечением рассеяния этой волны. О. т. первоначально была сформулирована в физической оптике и выражала мнимую часть показателя преломления (описывающую поглощение света) через полное сечение рассеяния света на рассеивающих центрах - осцилляторах. В квантовой механике О. т. вытекает из т. н. условия унитарности (условия равенства единице полной вероятности всех возможных процессов, происходящих в системе) и связывает мнимую часть амплитуды упругого рассеяния вперёд, Im f(0), с полным сечением s рассеяния частицы (на силовом центре или на др. частице):

Im f(0) =

( р- импульс налетающей частицы в системе центра инерции). О. т. используется для установления связи между непосредственно измеряемыми на опыте характеристиками рассеяния частиц.

  В. П. Павлов.

Оптическая толщина

Опти'ческая толщина'(оптическая толща) среды t, безразмерная величина, характеризующая ослабление оптического излучения в среде за счёт совместного действия поглощения света и рассеяния света (но без учёта эффектов усиления излучения, обусловленного многократным рассеянием). Для оптически однородной среды t = e l, где e - объёмный ослабления показатель среды (равный сумме показателей поглощения и рассеяния), l- геометрическая длина пути светового луча в ней; в неоднородной среде, в которой e зависит от координат, t = тe dl(интегрирование производится вдоль пути луча света). Через О. т. записывается модифицированный закон Бугера (см. Поглощение света ), учитывающий, помимо поглощения света, и его рассеяние: F= F ₀ e ^–1 ( F ₀и F- соответственно поток излучения , падающий на среду в виде параллельного пучка лучей, и поток, выходящий из среды по тому же направлению). Часто (это разграничение условно) слой вещества, для которого t > 1, называются оптически толстым, слой с t < 1 - оптически тонким. О. т. слоя среды связана с его прозрачностьюТсоотношением t = – ln Т, а с его регулярной оптической плотностьюD= – lg Тсоотношением D= 0,434 t. В общем случае t есть функция частоты n (длины волны l) излучения: t = t(n) = t*(l). Однако часто выделяют значение О. т. для излучения одной единственной частоты (О. т. для монохроматического потока излучения). Понятием О. т. широко пользуются, описывая процессы рассеяния и поглощения света, при изучении мутных сред , в теории переноса излучения (в частности, в астрофизике и физике земной атмосферы) и т.д.

Оптически-активные вещества

Опти'чески-акти'вные вещества', среды, обладающие естественной оптической активностью . О.-а. в. подразделяются на 2 типа. Относящиеся к 1-му из них оптически активны в любом агрегатном состоянии (сахара', камфора, винная кислота), ко 2-му - активны только в кристаллической фазе (кварц, киноварь). У веществ 1-го типа оптическая активность обусловлена асимметричным строением их молекул, 2-го типа - специфической ориентацией молекул (ионов) в элементарных ячейках кристалла (асимметрией поля сил, связывающих частицы в кристаллической решётке). Кристаллы О.-а. в. всегда существуют в двух формах - правой и левой; при этом решётка правого кристалла зеркально-симметрична решётке левого и не может быть пространственно совмещена с нею (т. н. энантиоморфные формы, см. Энантиоморфизм ). Оптической активности правой и левой форм О.-а. в. 2-го типа имеют разные знаки (и равны по абсолютной величине при одинаковых внешних условиях), поэтому их называется оптическими антиподами (иногда так называют и кристаллы О.-а. в. 1-го типа).

  Молекулы правого и левого О.-а. в. 1-го типа являются оптическими изомерами (см. Изомерия , Стереохимия ), т. е. по своему строению представляют собой зеркальные отражения друг друга. Их можно отличить одну от другой, в то время как частицы оптических антиподов (О.-а. в. 1-го типа) просто неразличимы (идентичны). Физические и химические свойства чистых оптических изомеров совершенно одинаковы в отсутствии какого-либо асимметричного агента, реагирующего на зеркальную асимметрию молекул. Продукт химической реакции без участия такого агента - всегда смесь оптических изомеров в равных количествах, т. н. рацемат. Физические свойства рацемата и чистых оптических изомеров зачастую различны. Например, температура плавления рацемата несколько ниже, чем чистого изомера. Рацемат разделяют на чистые изомеры либо отбором энантиоморфных кристаллов, либо в химической реакции с участием асимметричного агента - чистого изомера или асимметричного катализатора, либо микробиологически. Последнее свидетельствует о наличии асимметричных агентов в биологических процессах и связано со специфическим и пока не нашедшим удовлетворительного объяснения свойством живой природы строить белки из левых оптических изомеров аминокислот - 19 из 20 жизненно важных аминокислот оптически активны. (Применительно к О.-а. в. 1-го типа термины «левый» и «правый» - Lи D- условны в том смысле, что не соответствуют непосредственно направлению вращения плоскости поляризации в них, в отличие от этих же терминов - lи d- для О.-а. в. 2-го типа или терминов «левовращающий» и «правовращающий».) Физиологическое и биохимическое действие оптических изомеров часто совершенно различно. Например, белки, синтезированные искусств, путём из D-amинокислот, не усваиваются организмом; бактерии сбраживают лишь один из изомеров, не затрагивая другой; L-никотин в несколько раз ядовитее D-никотина. Удивительный феномен преимущественной роли только одной из форм оптических изомеров в биологических процессах может иметь фундаментальное значение для выяснения путей зарождения и эволюции жизни на Земле.

  Широкая распространённость в природе, активное участие в процессах жизнедеятельности и высокая чувствительность методов исследования, основанных на дисперсии оптической активности, объясняют особый интерес к О.-а. в.