CC BY
36
УДК 535.32
ВЛИЯНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА НА КОРРЕКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛИНЗЫ В СУБМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА
Диана Георгиевна Макарова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383)343-22-11, email: [email protected]
В статье рассмотрены коррекционные свойства оптических преломляющих элементов, выполненных из разных материалов, прозрачных в субмиллиметровом диапазоне длин волн.
Ключевые слова: показатель преломления материала, сферическая аберрация, субмиллиметровый диапазон длин волн.
CORRECTIONAL PROPERTIES OF SINGLE LENS OF DIFFERENT MATERIALS IN A SUBMILLIMETRIC RANGE OF LENGTHS OF WAVES
Diana G. Makarova
The Siberian state geodetic academy, the post-graduate student faculty Nanosistem and optotechnics, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo 10, tel. (383)343-22-11, e-mail: [email protected]
The article describes the corrective properties of optical refractive common elements made of different materials that are transparent in the submillimeter wavelength range.
Key words: a parameter of refraction of a material, spherical aberration, a submillimetric range of lengths of waves.
В связи с освоением субмиллиметрового диапазона (СМД) спектра выявились проблемы его использования, обусловленные значительным поглощением излучения парами воды земной атмосферы. Это накладывает ограничения на условия использования - «сухая» атмосфера для астрономических приборов или близкое расположение наблюдаемого объекта для медицинских приборов.
В настоящее время в качестве силовой оптики в субмиллиметровом диапазоне в основном применяются зеркальные элементы. Получение значительного угла поля зрения с помощью зеркальных систем невозможно, какую бы сложную форму асферики эти отражающие поверхности ни имели. Это повышает интерес к оптическим системам, содержащим преломляющий элемент [1].
Настоящая работа является продолжением [2, 3] по исследованию коррекционных свойств оптических элементов, выполненных из разных материалов, прозрачных в субмиллиметровом диапазоне длин волн. Целью работы является исследование влияния показателя преломления материала
линзы на ее коррекционные свойства в СМД спектра для совершенствования оптической элементной базы оптико-электронных приборов.
Рассмотрим влияние показателя преломления материала линзы на распределение суммы Зейделя по поверхностям для сферической аберрации. Согласно теории аберрации третьего порядка минимальной сферической аберрацией обладает плосковыпуклая линза, обращенная выпуклой поверхностью в сторону параллельного пучка лучей.
В качестве примера рассмотрим коррекционные свойства одиночной плосковыпуклой линзы (г2 = да), выполненной из разных материалов: полиэтилена, кварца и кремния. Рассматриваемые линзы будут иметь одинаковое фокусное расстояние 100мм, относительное отверстие 1:2 и угол поля зрения 2°. Конструктивные параметры представлены в табл. 1.
Таблица 1
Конструктивные параметры оптических элементов
Материал линзы Радиусы, мм пХ=200мкм
Кремний Г1 = - 121,80 3,4265
Кварц плавленый Г1 = - 115,00 2,1170
Полиэтилен Г1 = - 81,77 1,5137
На рис. 1-3 представлены результаты моделирования линз, выполненных из полиэтилена, кварца и кремния. Моделирование проведено с помощью пакета прикладных программ по расчету оптики «7етах».
Из рис. 1 видно, что значения коэффициента Зейделя для сферической аберрации распределены между первой и второй поверхностями линзы, причем, большая часть приходится на первую поверхность.
Из диаграммы можно сделать вывод, что значения коэффициента Зейделя для сферической аберрации распределены между первой и второй поверхностями линзы, причем, большая часть приходится на вторую поверхность.
БЕЮЕЬ 01ЯС(?ЙМ
а) б)
Рис. 1. Результат моделирования линзы из полиэтилена: а) оптическая схема; б) диаграмма аберрационных коэффициентов Зейделя
а)
б)
Рис. 2. Результат моделирования линзы из кварца: а) оптическая схема; б) диаграмма аберрационных коэффициентов Зейделя
а)
б)
Рис. 3. Результат моделирования линзы из кремния: а) оптическая схема; б) диаграмма аберрационных коэффициентов Зейделя
По рис. 3 очевидно, что значения коэффициента Зейделя для сферической аберрации практически полностью сосредоточены на второй поверхности линзы.
По результатам моделирования можно сделать вывод о влиянии показателя преломления на распределение сферической аберрации по поверхностям. При малых значениях показателя преломления (при п<2) основная доля сферической аберрации приходится на первую поверхность линзы. В диапазоне показателя преломления от 2 до 3 в формировании
сферической аберрации участвуют обе поверхности. А при показателе преломления n>3 основную долю в величину сферической аберрации вносит вторая поверхность.
Эффект изменения коррекционных свойств поверхностей линзы был замечен в СМД длин волн. Представляется актуальным проверить данный эффект в тепловизионном диапазоне длин волн (3-5мкм и 8-14мкм).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ТГц линзы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tydexoptics.com /pdf/ru/ z_Lenses.pdf.
2. Макарова Д. Г., Ефремов В. С. Коррекционные свойства полевого компенсатора астрообъектива в субмиллиметровом диапазоне длин волн // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012.
VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника, нанотехнологии» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. -С. 116-120.
3. Макарова Д. Г., Ефремов В. С. Применение дисперсионных формул материалов в субмиллиметровом диапазоне длин волн // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 1 (17). -С. 122-132.
© Д. Г. Макарова, 2014
