CC BY
34
2
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИСКРЕТНЫХ ДЛИНАХ ВОЛН В ШИРОКОМ СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ Л.Н. Андреев, М.В. Белякова, С.А. Хромов
Рассмотрены монохроматические оптические системы, которые также могут быть использованы в широкой спектральной области. Приведены некоторые результаты расчетов и область использования таких систем.
По степени коррекции хроматических аберраций оптических систем, как известно [1], различают монохроматы, ахроматы, апохроматы и суперапохроматы. Монохроматы являются системами, рассчитанными при фиксированной длине волны или узкой спектральной области. Рабочая спектральная область ахроматов простирается от линии F' до С, для апохроматов спектральная область расширена до линии g (или G). Суперапохроматы представляют собой системы, у которых коррекция выполнена для видимой и ультрафиолетовой области спектра [2].
Таблица 1
X , мкм m , мм Сферическая аберрация, сек N X п , % d* , мм
1,5 -1,84 0,04 -0,60
1,5^3/4 -1,26 0,02 -0,44
0,488 1,5^1/2 -0,72 0,01 -0,30 94,97
1,5л/1/4 -0,15 0,00 -0,14
0 0 0 0
1,5 -0,75 0,01 -0,67
1,5^3/4 -0,5 0,01 -0,49
0,633 1,5^1/2 -0,3 0,00 -0,33 97,50
1,5л/1/4 -0,15 0,00 -0,16
0 0 0 0
1,5 -0,44 0,01 -0,68
1,5^3/4 -0,36 0,01 -0,50
0,694 1,5^1/2 -0,23 0,00 -0,33 98,12
1,5л/1/4 -0,1 0,00 -0,16
0 0 0 0
1,5 -0,14 0,00 -0,70
1,5^3/4 -0,17 0,00 -0,52
0,800 1,5^1/2 -0,13 0,00 -0,34 98,89
1,5^1/4 -0,06 0,00 -0,17
0 0 0 0
1,5 0,19 0,00 -0,73
1,5^3/4 0,05 0,00 -0,54
1,060 1,5^1/2 -0,01 0,00 -0,35 100,00
1,5^1/4 -0,02 0,00 -0,17
0 0 0 0
При проектировании оптических систем для преобразования лазерного излучения (например, систем для коллимации и концентрации лазерного излучения) было обнаружено интересное свойство некоторых из них. Так, например, системы, рассчитанные на фиксированную длину волны лазера, имеют вполне
удовлетворительную коррекцию аберраций и для ряда других фиксированных длин волн. Такие оптические системы могут быть названы полимонохроматами.
Для иллюстрации в табл. 1-3 приведены результаты аберрационного расчета трех оптических систем: афокальной насадки и двух объективов для оптической записи и считывания информации. Афокальная насадка представляет собой телескопическую систему типа Галилея, состоящую из плоско-вогнутой и плоско-выпуклой линз с увеличением ут = 1/5х [3], табл. 1.
В табл. 2 приведены аберрации объектива, оптическая схема которого включает плосковыпуклую линзу и апланатический мениск со сферическими поверхностями [4], а в табл. 3 приведены аберрации объектива в виде плосковыпуклой линзы с асферической поверхностью второго порядка (эллипсоидальная поверхность). Оба объектива имеют фокусное расстояние/=5 мм и числовую апертуру А=0,40.
Таблица 2
X , мкм М , мм Ду' , мм N X п , % Число Штреля
2,0 -0,0003 0,06 0,57
2,0л/3/4 -0,0002 0,10 0,39
0,488 2,0л/1/2 -0,0000 0,11 0,24 0,96
2,0/1/4 0,0003 0,08 0,11
0 0 0 0
2,0 -0,0015 0,08 0,28
2,0/3/4 -0,0007 0,17 0,17
0,633 2,0/1/2 0,0001 0,19 0,09 0,89
2,0/1/4 0,0006 0,14 0,04
0 0 0 0
2,0 -0,0018 0,06 0,20
2,0/3/4 -0,0009 0,17 0,11
0,694 2,0/1/2 0,0001 0,20 0,06 0,88
2,0/1/4 0,0007 0,150 0,02
0 0 0 0
2,0 -0,0021 0,07 0,11
2,0/3/4 -0,0010 0,18 0,05
0,780 2,0/1/2 0,0001 0,21 0,01 0,88
2,0/1/4 0,0008 0,15 0,00
0 0 0 0
2,0 -0,0030 0,04 -0,08
2,0/3/4 -0,0014 0,15 -0,09
1,060 2,0/1/2 0,0001 0,19 -0,07 0,89
2,0/1/4 0,0010 0,14 -0,04
0 0 0 0
В табл. 1, 2 и 3 приняты следующие обозначения: т - координаты лучей на
входном зрачке, — - волновая аберрация, п - величина, характеризующая отступление X
от условия неизопланазии. В табл. 1 величина ё* обозначает расстояние между первым и вторым компонентом афокальной насадки.
Анализ проведенных аберрационных расчетов показывает, что рассмотренные системы могут быть использованы с различными лазерами, в том числе с аргоновым (X = 0.488 мкм), гелий-неоновым (X = 0.632 мкм), рубиновым (X = 0.694 мкм), полупроводниковым (X = 0.8 мкм) и неодимовым (Х= 1.06 мкм), так как для всех перечисленных лазеров сохраняется практически дифракционное качество изображения. Это свойство объясняется главным образом, высокой коррекцией сферохроматической аберрации у этих оптических систем при неисправленном
хроматизме положения. Оптические схемы рассчитанных объективов состоят из одиночных линз, сферохроматическая аберрация которых мало изменяется в широком спектральном диапазоне.
Таблица 3
X , мкм М , мм Ду' , мм N п , % Число Штреля
2,0 -0,0002 -0,10 0,32
2,0/3/4 0,0000 -0,02 0,17
0,488 2,0/1/2 0,0004 -0,06 0,07 0,96
2,0/1/4 -0,0001 -0,09 0,02
0 0 0 0
2,0 -0,0013 -0,08 0,20
2,0/3/4 0,0003 -0,05 0,08
0,633 2,0/1/2 0,0004 -0,10 0,01 0,96
2,0/1/4 -0,0002 -0,11 0,01
0 0 0 0
2,0 -0,0012 -0,08 0,17
2,0/3/4 0,0004 -0,06 0,06
0,694 2,0/1/2 0,0004 -0,10 0,00 0,96
2,0/1/4 -0,0003 -0,11 -0,02
0 0 0 0
2,0 -0,0010 -0,08 0,14
2,0/3/4 0,0004 -0,07 0,04
0,780 2,0/1/2 0,0004 -0,11 -0,02 0,96
2,0/1/4 -0,0003 -0,11 -0,03
0 0 0 0
2,0 -0,0007 -0,06 0,07
2,0/3/4 0,0006 -0,07 -0,02
1,060 2,0/1/2 0,0004 -0,10 -0,05 0,96
2,0/1/4 -0,0004 -0,10 -0,05
0 0 0 0
В заключение следует отметить, что применение приведенных оптических систем в ряде случаев является удобным и экономически выгодным.
Литература
1. Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение, 1975. 521 с.
2. Панов В. А., Андреев Л.Н. Оптика микроскопов. Л.: Машиностроение, 1976. 432 с.
3. Андреев Л. Н., Никифорова Г. Л., Окишев С. Г. и др. Афокальная насадка для коллимации лазерного излучения //. Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1984.. Т. 27. № 5. С. 93-96.
4. Никифорова Г. Л. Проектирование объективов для оптических запоминающих устройств // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1983. Т. 26. № 11. С. 84-87.
