Содержание к диссертации
Введение
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК И ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЩАЮВДХ
ИЗОБРАЖЕНИЕ ГРАДИЕНТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИООПТИКИ 10
1.1. Распространение света в градиентной среде и методы расчета траекторий II
1.1.1. Типы градиентов показателя преломления II
1.1.2. Распространение излучения и формирование изображения в среде с цилиндрическим
1.1.3. Приближенные и асимптотические методы расчета траекторий лучей в передающих изображение граданах 15
1.2. Ионообменная диффузия в стеклах как основной метод создания РПП в передающих изображение граданах 21
1.2.I. Методы создания градиента показателя преломления в оптических материалах диэлектриках 21
1.2.2.Формирование РПП в неорганических"стеклах методом ионообменной диффузии 23
1.3. Измерение распределения показателя преломления в передающих изображение граданах 36
1.4. Применение передающих изображение граданов 48
Выводы к главе первой 58
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ РПП 63
2.1. Особенности применения метода интерферометрии поперечного среза при измерениях больших градиентов 63
2.2. Математические основы метода'измерений РПП на основе измерения радиальной зависимости угловой пространст- венной частоты переноса изображения и ее аберрации... 66
2.3. Соотношение между угловой пространственной частотой переноса изображения и РПЇЇ в передающих изображение граданах 86
3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЕМ ФОРМИРОВАНИЕМ РІШ В ГРАДИЕНТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ РАДТОПТИКИ 89
3.1. Экспериментальная лабораторная установка 89
3.2. Измерение по кольцам внеосевой фокусировки 93
3.3. Выбор стекол для получения передающих изображение граданов 94
3.4. Разработка массового способа получения передающих изображение траданов 98
3.5. Экспериментальные результаты исследований формирования заданного РШ в граданах на основе стекла ОФЭ-1 103
3.6. Изотермический отжиг граданов вне расплава 1
3.7. Влиянием масштабного фактора на процесс формирования 129
3.8. Управление процессом формирования РШ с помощью изменения условий на границе стекло - расплав соли и получение граданов с улучшенными оптическими параметрами 134
3.9. Получение градиентных радиооптических элементов на основе стекол серии ДТ
3.10.0 сдвиге полосы поглощения в ионообмененных стеклах серии ДТ 159
3.II.Разработка граданов с числовой апертурой 0,25 и более 0,5 163
3.12.Измерение равновесного значения полного перепада показателя преломления при высокотемпературном ионном обмене 171
3.13.Экспериментальная оценка точности и информативности метода измерения угловой пространственной частоты переноса изображения и её аберрации 176
4. ПОЛУЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ГРАДИЕНТНЫХ ЭЛЕ
МЕНТОВ РАДИООПТИКИ И ПРИМЕРЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ 182
4.1. Обоснование требований к оптическим характеристикам граданов для блоков граданов 182
4.2. Получение граданов для тонких жестких эндоскопов (длинных граданов) 190
4.3. Объектив для телевизионной установки МТУ—I 193
5. НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. ВЫВОДЫ 196
5.1. Научные результаты работы 196
5.2. Выводы 198
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 200
ЛИТЕРАТУРА 202
- Распространение света в градиентной среде и методы расчета траекторий
- Особенности применения метода интерферометрии поперечного среза при измерениях больших градиентов
- Экспериментальная лабораторная установка
- Обоснование требований к оптическим характеристикам граданов для блоков граданов
- Научные результаты работы
Распространение света в градиентной среде и методы расчета траекторий
Первыми теоретическими работами, посвященными исследованию распространения света в неоднородных средах, были работы Д.К.Максвелла (1854 г.) /12/, Р.К.Лунебурга (1944 г.) /5/ и А.Л.Микаэляна (1951 г.) /6/. Наибольший практический интерес для передачи изображения представляет цилиндрически симметричное РПІЇ, рассмотренное А.Л.Микаэляном, где ґі0 - показатель преломления на оси цилиндрического элемента, -- силовая константа. РЇЇІІ вида (I.I) обеспечивает точную периодическую фокусировку меридиональных лучей и коллимацию излучения точечного источника, расположенного на оси элемента. А.Л.Микаэляном, кроме того, были найдены общие выражения для РШ, обеспечивающих различные виды траекторий лучей в средах с радиальным ГПП /13-15/.
Схематическая классификация используемых в настоящее время РПП приведена, согласно /16/, в таблице I.I. Здесь же указаны РШ, реализованные практически. Отметим, что только цилиндрически симметричное РПП и РШ с круговой симметрией обеспечивают возможность формирования и передачи изображения. Теоретические работы по изучению распространения света через среды с указанными РШ ведутся с целью выяснения условий передачи изображения, коррекции аберраций и замены традиционных оптических компонентов на градиентные /24/.
Особенности применения метода интерферометрии поперечного среза при измерениях больших градиентов
Для простоты рассмотрим измерение РШ в градане с большой числовой апертурой. Пусть градан имеет следующие параметры: Л/А =0,6; П0= 1,75; диаметр ёЯ = 1,5 мм. вызванная фокусировкой лучей будет меньше 1% при толщине среза Ь 0,26 мм. Луч, вошедший в срез параллельно оси на расстоянии Я от центра выйдет из среза под углом у —п0а.Я$иъа к оси. При этом на радиусе градана будет размещаться около 44 интерференционных полос.
Если числовая апертура регистрирующей системы А/А р согласована с числовой апертурой "срезато основной вклад в погрешность измеряемой величины полного перепада ПП определяется при фотографической регистрации интерференционной картины точностью определения перепада ІШ, приходящегося на одну полосу. По /10/ эта "цена деления" равна примерно 0,&Л/і; В нашем примере это соответствует 7,3-10 . Тогда суммарная относительная погрешность метода составляет примерно 1,2$ (или 1,2 10 - абсолютная погрешность). При этом следует учесть, что число интерференционных полос, расположен--ных на радиусе градана при такой толщине среза и регистрирующей системе, построенной на основе микроскопа МГ с объективом 3-х и окуляром АМ-27 с увеличением 15-х больше допустимого определяемого, разрешающей способностью системы указанного типа. А именно, минимальное расстояние, разрешаемое выбранной регистрирующей оптической системы составляет по /158/: увеличение системы, равное 45.
Экспериментальная лабораторная установка
В качестве оптической измерительной схемы был выбран интерферометр Маха-Цендера в варианте микроинтерферометра с использованием для регистрации интерферограмм горизонтального микроскопа типа МГ (точность измерения расстояний при использовании окуляра М0В-І-І5 и объектива с увеличением 3х ± 5 10 ш /158/). Регистрирующая схема позволяла фотографировать интерференционную картину в плоскости изображения объектива микроскопа с помощью зеркального фотоаппарата типа "Зенит-Е" или передавать изображение интерференционной картины на экран телевизионной установки МТУ-І.
В качестве источника излучения использовался Не-Л/е лазер с длиной волны Я = 632,8 нм.
Схема оптической измерительной установки показана на рис.9. В рабочее плечо интерферометра устанавливается кювета с иммерсионной жидкостью. Образец представляет собой градан с длиной, кратной примерно половіте длины периодичности параксиальных лу - 90 чей. Торцы исследуемого образца плоско-параллельные, тонкошли-фованные или полированные.
Как ясно из изложенного в разд.2 и рис.22 и рис.23, начиная с некоторой длины Lyy?ax и Д некоторой длины LmJJi, в интерференционной картине градана, находящегося в рабочем плече интерферометра, будут регистрироваться характерные точки, соответствующие местам параллельного выхода лучей. Величина »в(р 2 лежащая в диапазоне %LMCfX- Ь ) ttLniZsu и ее отклонение от значения а. , характеризуют оптическое качество градана, его сферическую аберрацию. Построение зависимости Ья от квадрата приведенного радиуса осуществляется при постепенном сошлифовывании образца от длины Ьтах Д длины UmZn, и измерении по интерференционной картине параллельных лучей.
class4 ПОЛУЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ГРАДИЕНТНЫХ ЭЛЕ
МЕНТОВ РАДИООПТИКИ И ПРИМЕРЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ class4
Обоснование требований к оптическим характеристикам граданов для блоков граданов
Приведенные в данном разделе расчеты применимы для анализа работы блоков с использованием как низкоапертурных граданов (числовая апертура меньше 0,2), так и с использованием граданов с увеличенной числовой апертурой, если выполняется условие для углов, принимаемых во внимание при расчетах, а именно: Ьа.у & $иъу х у Расстояния от пространства предметов до входной поверхности блока и от выходной поверхности блока до пространства изображений велико по сравнению с диаметром граданов. Отражением лучей от входного и выходного торцов, а также рассеянием внеапертурных лучей на внутренних поверхностях граданов пренебрегаем. Требования к диаметрам граданов.
Рассмотрим в качестве объекта точку, находящуюся в плоскости перпендикулярной той, которая содержит оптические оси граданов. Расстояние от точки до поверхности, образованной входными торцами граданов равно В/ . Точка расположена на одинаковом расстоянии от оптических осей граданов.
