Составитель:

В.Е. Гайшун — доцент кафедры оптики УО «ГГУ им. Ф. Скорины»,

кандидат физико-математических наук, доцент.

Рецензенты:

А.А. Бойко — кандидат физико-математических наук, проректор по научной работе ГГТУ им. П.О. Сухого;

А.В. Семченко — кандидат физико-математических наук, доцент кафедры радиофизики и электроники «ГГУ им. Ф. Скорины»

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:

Кафедрой оптики УО «ГГУ им. Ф. Скорины»

(протокол № __ от ____ _____________ 200__);
Методическим советом физического факультета

УО «ГГУ им. Ф. Скорины»

(протокол № __ от ____ _____________ 200__);

Ответственный за редакцию: В.Е. Гайшун

Ответственный за выпуск: В.Е. Гайшун
Пояснительная записка
Значительную часть знаний о свойствах окружающего нас материального мира  мы  получаем  с  помощью  средств  измерений, в том числе и оптических измерений. Эффективное применение оптических методов измерений в современной науке,  их  метрологическое  обслуживание является на сегодня актуальной задачей.  Необходимость введения в учебный план спецкурса “Оптические измерения” связана с подготовкой будущего специалиста к организационно-методической и практической деятельности в области метрологического обеспечения оптических измерений. В связи с этим данный спецкурс является одним из основных дисциплин специализации «Физическая метрология и автоматизация эксперимента».

Цель спецкурса «Оптические измерения» - сформировать у студентов современное представление об основных методах измерений в оптическом диапазоне.

Основными задачами спецкурса являются:

• 
  ознакомление студентов с основными принципами работы средств измерений и методиками проведения измерений;
  
• 
  усвоение методических и научных основ оптических измерений;
  
• 
  анализ функциональных и принципиальных схем оптических контрольно-измерительных устройств;
  
• 
  овладение методами расчета оптических систем в приближении геометрической оптики;
  
• 
  формирование умений и навыков практической работы в области оптико-физических измерений.
  

Материал спецкурса основывается на ранее полученных студентами знаниях по таким дисциплинам, как «Теоретическая метрология», «Законодательная и прикладная метрология», «Основы научных исследований и планирование эксперимента», «Основы стандартизации и сертификации», «Автоматизация метрологических работ».

В результате изучения спецкурса:

Студент должен знать:

• 
  теоретические принципы разработки методов проведения оптико-физических измерений;
  
• 
  основные средства проведения оптических измерений, их характеристики и параметры;
  
• 
  теорию проведения обработки результатов измерений.
  

Студент должен уметь:

• 
  проводить измерения с целью получения информации об объекте измерения;
  
• 
  определять основные параметры и характеристики объектов измерения.
  

Студент должен владеть:

• 
  методиками проведения оптико-физических измерений;
  
• 
  статистическими методами обработки результатов измерений.
  

Общее количество часов – 132; аудиторное количество часов — 52, из них: лекции — 20, лабораторные занятия — 32. Самостоятельная управляемая работа студентов (СУРС) — 6. Форма отчётности — зачет и экзамен.

Примерный тематический план

№ п/п	Название темы	Лекции	Лабораторные занятия	СУРС	Всего
1.	Введение в спецкурс	2			2
2.	Обобщенная схема средств измерений и их классификация		4	2	6
3.	Рефрактометрия и интерферометрия	2	4		6
4.	Поляриметрия	2	4		6
5.	Спектральная фотометрия		4	2	6
6.	Основы измерений	2			2
7.	Измерение освещенности, яркости и силы света		4	2	6
8.	Светотехнические характеристики материалов	2	4		6
9.	Спектральные световые измерения	2	4		6
10.	Лазерная энергетическая фотометрия	2	4		6
	Итого	14	32	6	52

Содержание учебного материала

Тема 1 Введение в спецкурс

Предмет, задачи и содержание дисциплины «Оптические измерения». Структура спецкурса, его связь с другими дисциплинами. Основные понятия оптических измерений. Средства измерений и их метрологические характеристики. Описание оптических полей и сред. Оптико-физические системы. Преобразование излучения в оптико-физических системах.

Тема 2 Обобщенная схема средств измерений и их классификация

Объекты и задачи измерения, измерительные схемы и особенности их функциональной структуры. Основные элементы обобщенной схемы: источники излучения, оптическая схема, приемники излучения. Технические характеристики элементов средств измерений и их метрологическая, информационная, конструктивная и эксплутационная совместимость. Типовые узлы оптических измерительных приборов (коллиматор, автоколлиматор, микроскоп, автоколлимационный микроскоп и другие). Функциональные блоки оптических измерительных приборов (устройства наведения, отсчетные устройства, осветительные устройства, приемники изображения, компьютерные комплексы и другие). Приборы производственного контроля. Структура оптических измерительных схем и их унификация. Источники погрешностей оптических измерений, связанные с измерительными приборами, и пути их устранения.

Тема 3 Рефрактометрия и интерферометрия

Физические принципы. Коэффициент преломления. Применение рефрактометрии. Принципы действия рефракторов и интерферометров. Технические рефрактометры. Интерферометрия как метод локального сравнения амплитудно-фазовых распределений оптических полей. Локализация интерференционной картины. Многолучевая интерферометрия. Резонансные фильтры пространственных частот. Доплеровские измерения в оптике. Интерференция частично когерентного света, Фурье-спектроскопия.

Тема 4 Поляриметрия

Теоретические основы метода. Удельное вращение и закон Био. Основы поляриметрии. Поляриметрические установки. Поляриметрия анизотропных сред. Анизотропные покрытия для анализа деформаций прозрачных и непрозрачны объектов. Использование сред с искусственной и естественной анизотропией для синтеза перестраиваемых эталонов систем обработки информации. Голография анизотропных сред.

Тема 5 Спектральная фотометрия

Теоретические основы, методы. Физические принципы измерений. Эмиссия. Абсорбционная фотометрия. Плазменная фотометрия. Люминесценция. Рассеяние света. Фотометрические характеристики оптических регистрирующих сред (контраст, статистическая модель разрешающей способности) и методы их измерения. Нелинейные преобразования изображения при регистрации на фотоматериале. Динамическая голография. Спектральная фотометрия, цветовые измерения в изображении.

Тема 6 Основы измерений

Общие методы и средства измерений. Измеряемые величины. Классификация методов измерения. Характеристики фотометров. Градуировка фотометров. Измерение характеристик оптических систем (методы, схемы, обработка данных): фокусных расстояний, увеличения, апертур, дисторсии, светопропускания, аберраций, децентрировки. Измерения аберраций оптических систем: теневой метод Фуко, метод Гартмана.

Тема 7 Измерение освещенности, яркости и силы света

Единицы измеряемых величин. Физические принципы измерений. Фотометрический закон изменения освещенности с расстоянием. Интегрирование распределения яркости. Измерение светового потока. Особенности измерения световых потоков в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях. Измерительные устройства. Представление результатов измерений.

Тема 8 Светотехнические характеристики материалов

Измерение коэффициентов отражения и пропускания. Измерение рассеивающей способности, половинного угла и коэффициентов яркости. Измерение свойств отражающих материалов и отражателей. Измерение параметров световой волны в оптическом приборе (методы, схемы, обработка данных). Приложения фотометрии. Измерение поляризации.

Тема 9 Спектральные световые измерения

Спектральное разложение. Излучатели и устройства для исследования их спектров. Спектральная эмиссия излучателей. Спектральная чувствительность приемников. Измерение спектрального состава излучения. Измерение деформаций волнового фронта.

Тема 10 Лазерная энергетическая фотометрия

Эталоны энергетической лазерометрии. Источники погрешностей. Измерительные устройства эталонов лазерного излучения. Источники лазерного излучения. Фотоприемные устройства. Эталонный первичный измерительный преобразователь. Методы и измерительная аппаратура для определения эталонных первичных измерительных преобразователей.

Информационно-методическая часть

Примерный перечень лабораторных работ

1. Измерение показателя преломления и дисперсии на рефрактометрах

2. Измерение толщины тонких пленок на микроинтерферометре

3. Измерение радиуса кривизны оптической поверхности известными и типовыми методами (например, на кольцевом сферометре, на автоколлимационном микроскопе, методом колец Ньютона и т.д.)

4. Измерение углов оптических элементов известными и типовыми методами (на автоколлиматоре, на гониометре)

5. Установка трех зрительных труб на бесконечность и измерение фокусного расстояния оптического элемента

6. Измерение фокусных расстояний оптических систем известными и типовыми методами (с помощью фокометра Аббе, методом Фабри-Юдина, с помощью фококоллиматора)

7. Измерение оптических характеристик телескопического прибора на оптической скамье

8. Измерение оптических характеристик объектива на оптической скамье

Рекомендуемые формы контроля знаний

1. 
   Защита отчетов по лабораторным работам
   

Рекомендуемая литература

Основная

1. 
   Бастль, В. Измерения в промышленности. Способы измерения и аппаратура: справочник / В. Бастль, Г. Бендит, П. Бервегер; под ред. П. Профоса, Д. И. Агейкина; пер. с нем. Е. К. Бухмана [и др.].–Кн. 2.– М.: Металлургия, 1990.–383 с.
   
2. 
   Гершун, А. А. Избранные труды по фотометрии и светотехнике / А.А. Гершун.– М.-Л.: Гостехиздат, 1958.– 548 с.
   
3. 
   Кривошеев, М.И. Цветовые измерения / М.И. Кривошеев, А.К. Кустарев.– М.: Энергоатомиздат, 1990.–240 с.
   

Дополнительная

1. 
   Ковальский, В.Я. Метрологическое обеспечение световых измерений / В.Я. Ковальский.– М., 1986.–150 с.
   
2. 
   Загорский, Я.Т. Основы метрологического обеспечения лазерной энергетической фотометрии / Я.Т. Загорский, А.Ф. Котюк.–М.: Изд-во стандартов, 1990.–172 с.