Коррекционные свойства полевого компенсатора астрообъектива в субмиллиметровом диапазоне длин волн Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

КОРРЕКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЛЕВОГО КОМПЕНСАТОРА АСТРООБЪЕКТИВА В СУБМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН

Диана Георгиевна Макарова

Сибирская государственная геодезическая академия (630108, Новосибирск, Плахотного, 10), аспирант кафедры Наносистем и оптотехники, тел. (383)-343-22-11, e-mail: diana_ssga@mail.ru

Виктор Сергеевич Ефремов

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Новосибирск, Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383)-343-22-11, e-mail: ews49@mail.ru

В статье рассмотрены коррекционные свойства полевого компенсатора астрономического объектива в субмиллиметровом диапазоне длин волн, выполненного из оптических материалов с разными значениями показателей преломления.

Ключевые слова: показатель преломления материала, полевой компенсатор,

субмиллиметровый диапазон длин волн.

CORRECTIONAL PROPERTIES OF ASTRONOMICAL OBJECTIVE FIELD EQUALIZER IN SUBMILLIMETER WAVES LENGTH RANGE

Diana G. Makarova

Siberian State Academy of Geodesy (10 Plahotnogo, Novosibirsk 630108), post-graduate student of Nanosystems and optical engineering department, tel. (383)-343-22-11, e-mail: diana_ssga@mail.ru

Victor S. Efremov

Siberian State Academy of Geodesy (10 Plahotnogo, Novosibirsk 630108), Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Nanosystems and optical engineering department, tel. (383)-343-22-11, e-mail: ews49@mail.ru

The correctional properties of astronomical objective field equalizer in submillimeter range of waves lengths, produced from optical materials with different values of refraction parameters are considered.

Key words: a parameter of material refraction, field equaliser, submillimetric range of wavelength.

В последние годы происходит интенсивное освоение терагерцевого (ТГц)

11 13

диапазона спектра электромагнитного излучения (10 -10 Гц), что соответствует диапазону длин волн от 3 до 0,03 мм. Частью диапазона является интервал длин волн от 1 до 0,1 мм, которые принято называть субмиллиметровыми.

Увеличение характеристик оптических систем (угла поля зрения, относительного отверстия) применением только отражающих поверхностей невозможно, какой бы сложности не была их форма. Требуется применение компенсаторов с преломляющими поверхностями.

Технологии формообразования преломляющих поверхностей оптических деталей в субмиллиметровом диапазоне спектра в зависимости от выбранного материала, также могут сильно отличаться. В визуальном диапазоне -шлифование и полирование, а в субмиллиметровом диапазоне чистовое -точение, шлифование, литье под давление и другие. Таким образом, выбор оптического материала повлечет за собой выбор технологии изготовления, что в итоге скажется на себестоимости оптических деталей.

В отличие от визуального диапазона спектра, в котором показатель преломления материалов изменяется в узком интервале значений от 1,43 до 2, в субмиллиметровом диапазоне показатель преломления материалов изменяется от 1,5 до 3,4.

Рассмотрим влияние показателя преломления материала на коррекционные возможности полевого компенсатора астрообъектива, построенного по схеме Кассегрена, Ричи-Кретьена, с линзовым полевым компенсатором. Для исследования выберем объектив из архива ППП 7етах [1]. Оптическая схема приведена на рис. 1.

Для примера выберем материалы с показателями преломления, лежащими на границах и в центре интервала возможных значений показателей преломления: кремний (пх=200мкм =

3,4165), кварц (пх=200мкм = 2,117) и полиэтилен (пх=200мкм = 1,5137) [2].

Заменим радиусы преломляющих поверхностей и оптический материал полевого менискового компенсатора,

сохранив его оптическую силу и толщину по оси и выполнив условие ахроматизации по известной формуле: й(п2 -1)

Рис. 1. Оптическая схема объектива

г2 = гх-■

п

Параметры компенсаторов представлены в табл. 1.

Таблица 1 . Конструктивные параметры компенсаторов

Материал компенсатора Радиусы Толщина по оси пХ=200мкм Оптическая сила

Кремний Г1 = - 121,80 4 3,4165 -0,000112

Г2 = - 125,46

Кварц плавленный Г1 = - 115,00 4 2,1170 -0,000112

Г2 = - 118,11

Полиэтилен П = - 81,77 4 1,5137 -0,000112

Г2 = - 84,02

Астрономический объектив Кассегрена, Ричи-Кретьена с линзовым полевым компенсатором имеет: фокусное расстояние 1 620,3 мм, относительное отверстие 1 : 6,4, угол поля зрения 0,2°.

Результаты расчета объектива с компенсаторами из различных материалов приведены на рис. 2-4.

ТЙЯ.

/

/

|//0

а б

а - точечная диаграмма распределения энергии в аберрационном пятне; б - график концентрации энергии в аберрационном пятне

Рис. 2. Характеристики качества изображения объектива с полевым

компенсатором из кремния

ямъ і 8

/

а б

а - точечная диаграмма распределения энергии в аберрационном пятне; б - график концентрации энергии в аберрационном пятне

Рис. 3. Характеристики качества изображения объектива с полевым компенсатором из плавленого кварца

/

у'

У/ ^

5*

а

б

а - точечная диаграмма распределения энергии в аберрационном пятне; б - график концентрации энергии в аберрационном пятне

Рис. 4. Характеристики качества изображения объектива с полевым компенсатором из полиэтилена.

Таблица 2. Аберрационные коэффициенты Зейделя

Коэффициенты Зейделя по поверхностям

№ 31 32 Вэ 34 35 31хр 32хр

Зеркальная система

1 0,000000 0,000000 0,000000 0,000000 0,000000 0,000000 0,000000

2 -0,055020 -0,012355 0,000128 -0,000128 0,000000 0,000000 0,000000

3 0,055019 0,012355 -0,000037 0,000328 -0,000003 0,000000 0,000000

Компенсатор из кремния

4 -0,000283 -0,000050 -0,000009 -0,000236 -0,000043 0,000003 0,000001

5 0,000225 0,000040 0,000007 0,000229 0,000042 -0,000002 -0,000001

4-5 -0,000058 -0,000010 -0,000002 -0,000013 -0,000001 0,000001 0,000000

I -0,000059 -0,000010 0,000089 0,000194 -0,000004 0,000000 0,000000

Компенсатор из кварца плавленого

4 -0,000246 -0,000056 -0,000013 -0,000214 -0,000052 0,000004 0,000001

5 0,000168 0,000034 0,000007 0,000197 0,000041 -0,000003 -0,000001

4-5 -0,000078 -0,000022 -0,000006 -0,000017 -0,000011 0,000001 0,000000

I -0,000079 -0,000023 0,000085 0,000183 -0,000014 0,000001 0,000000

Компенсатор из полиэтилена

4 -0,000191 -0,000065 -0,000022 -0,000196 -0,000074 0,000001 0,000000

5 0,000111 0,000039 0,000013 0,000190 0,000071 -0,000001 -0,000000

4-5 -0,000080 -0,000026 -0,000009 -0,000006 -0,000003 0,000000 0,000000

I -0,000081 -0,000026 0,000082 0,000193 -0,000006 0,000001 0,000000

Рисунок 5 - Графики изменения коэффициентов Зейделя полевого компенсатора от величины показателя преломления материала

На основе полученных результатов можно сделать некоторые выводы:

- В субмиллиметровом диапазоне длин волн одинаковое качество изображения возможно получить с полевым компенсатором, выполненным из разных материалов с разными показателями преломления;

- Ахроматизация менискового компенсатора подтверждается практически нулевыми значениями S1хр и S2хр ;

- Большее значение показателя преломления полевого менискового компенсатора обеспечивает тот же корректирующий эффект комы и астигматизма при меньших значениях коэффициентов Зейделя S2 и S3;

- Выбор материала компенсатора, точность изготовления преломляющих поверхностей может повлечь выбор технологии формообразования поверхностей оптических деталей, применяемых в субмиллиметровом диапазоне спектра.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Инструкция пользователя. [Электронный ресурс]:<www.zemax.com /help/Manual.pdf>

2. M. Bass, Handbook of Optics. The McGraw-Hill Companies, 1995. 1606 p.

3. E. D. Palik, Handbook of Optical Constants of Solids. Vol 1, Academic Press,

© Д.Г. Макарова, В.С. Ефремов, 2012