Пик дифракции - Diffraction spike

Пики дифракции от различных звезд на изображении, полученном космическим телескопом Хаббла.

Пики дифракции - это линии, исходящие от источников яркого света, вызывающие так называемый эффект звездообразования или солнечные звезды на фотографиях и в поле зрения. Это артефакты, вызванные рассеиванием света вокруг опорных лопаток вторичного зеркала в отражающих телескопах или краев некруглых апертур камеры , а также вокруг ресниц и век в глазу.

Пики дифракции из-за опорных лопаток

Сравнение дифракционных выступов для различных стоек телескопа-отражателя - внутренний круг представляет вторичное зеркало.
Оптика ньютоновского телескопа с рефлектором с четырьмя паук-лопатками, поддерживающими вторичное зеркало. Это приводит к появлению дифракционной картины с четырьмя иглами, обычно наблюдаемой на астрономических изображениях.

В подавляющем большинстве конструкций телескопов-отражателей вторичное зеркало должно быть расположено на центральной оси телескопа и, следовательно, должно удерживаться распорками внутри трубы телескопа. Независимо от того, насколько хороши эти опорные стержни, они преломляют падающий свет от исследуемой звезды, и это проявляется в виде дифракционных выступов, которые являются преобразованием Фурье опорных стоек. Шипы представляют собой потерю света, который можно было использовать для изображения звезды.

Хотя дифракционные пики могут затемнять части фотографии и нежелательны в профессиональном контексте, некоторым астрономам-любителям нравится визуальный эффект, который они дают ярким звездам - внешний вид « Вифлеемской звезды », - и они даже модифицируют свои рефракторы, чтобы показать тот же эффект или помочь с фокусировкой при использовании ПЗС-матрицы .

Небольшое количество отражающих телескопов позволяет избежать дифракционных выбросов за счет размещения вторичного зеркала вне оси. В начале внеосевой конструкции , такие как Herschelian и Schiefspiegler телескопы имеют серьезные ограничения , такие как астигматизм и длинные фокусные отношения, которые делают их непригодными для исследования. Брахимедиальный дизайн Людвига Шупмана , в котором используется комбинация зеркал и линз, способен идеально корректировать хроматическую аберрацию на небольшой площади, а конструкции, основанные на брахимедиале Шупмана, в настоящее время используются для исследования двойных звезд .

Также имеется небольшое количество беспрепятственных полностью отражающих вне оси анастигматов, которые дают оптически идеальные изображения.

У преломляющих телескопов и их фотографических изображений нет такой проблемы, поскольку их линзы не имеют паук.

Пики дифракции из-за некруглой апертуры

Ирисовые диафрагмы с подвижными лезвиями используются в большинстве современных объективов фотоаппаратов для ограничения света, получаемого пленкой или датчиком. В то время как производители пытаются сделать диафрагму круглой для приятного боке , при ограничении до больших значений f (малых диафрагм) ее форма стремится к многоугольнику с тем же количеством сторон, что и лепестки. Дифракция распространяет световые волны, проходящие через апертуру перпендикулярно грубо прямолинейному краю, каждый край образует два выступа, разнесенных на 180 °. Поскольку лопасти равномерно распределены по окружности, на диафрагме с четным числом лопастей дифракционные пики от лопастей на противоположных сторонах перекрываются. Следовательно, диафрагма с n   лопастями дает n   выступов, если n   четно, и 2 n   выступов, если n   нечетное.

Сравнение дифракционных пиков для апертур разной формы и количества лопастей

  • 5 лезвий дают 10 шипов

  • 6 лезвий дают 6 шипов

  • 7 лезвий дают 14 шипов

  • 8 лезвий дают 8 шипов

  • 9 лезвий дают 18 шипов

  • 10 лезвий дают 10 шипов

  • 4 лезвия дают 4 шипа

Пики дифракции из-за грязной оптики

Полосы из-за грязного объектива

Неправильно очищенные линзы или покровное стекло или стекло с отпечатком пальца могут иметь параллельные линии, которые рассеивают свет аналогично опорным лопастям. Их можно отличить от выступов из-за некруглой апертуры, поскольку они образуют заметное пятно в одном направлении, и от выступов ПЗС-матрицы по их наклонному углу.

В видении

При нормальном зрении дифракция на ресницах - и из-за краев век, если прищуриваться - вызывает множество дифракционных всплесков. Если ветер, то движение ресниц вызывает шипы, которые двигаются и мерцают. После моргания ресницы могут вернуться в другое положение и вызвать подпрыгивание дифракционных шипов. Это классифицируется как энтоптическое явление .

Другое использование дифракционных выступов

Спецэффекты

Эффект треугольного звездного фильтра

Крест сетчатый фильтр , известный также как звезда фильтра, создает звезды рисунок с помощью очень тонкой дифракционной решетки , встроенный в фильтр, а иногда и за счет использования призм в фильтре. Количество звезд меняется в зависимости от конструкции фильтра, как и количество точек, которые имеет каждая звезда.

Подобный эффект достигается при фотографировании ярких огней через оконный экран с вертикальными и горизонтальными проводами. Углы наклона планок креста зависят от ориентации экрана относительно камеры.

Маска Бахтинова

Использование дифракционных игл для фокусировки телескопа с маской Бахтинова
Основная статья: маска Бахтинова

В любительской астрофотографии маска Бахтинова может использоваться для точной фокусировки небольших астрономических телескопов. Свет от яркой точки, такой как изолированная яркая звезда, достигающая разных квадрантов главного зеркала или линзы, сначала проходит через решетки в трех разных ориентациях. Половина маски образует узкую X-образную форму из четырех дифракционных выступов (синий и зеленый на иллюстрации); другая половина образует прямую линию из двух шипов (красный). Изменение фокуса заставляет фигуры перемещаться относительно друг друга. Когда линия проходит точно через середину «X», телескоп находится в фокусе и маску можно снять.

использованная литература

внешние ссылки