CC BY
16
УДК 535.42
РАЗРАБОТКА ДИФРАКЦИОННОЙ ОПТИКИ ДЛЯ НАСТРОЙКИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Руслан Камильевич Насыров
Институт автоматики и электрометрии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 1, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)330-79-31, e-mail: NasyrovRK@iae.sbras.ru
Работа посвящена разработке методов настройки сложных оптических систем при помощи дифракционных оптических элементов. В докладе будут представлены схемы контроля асферических зеркал и схем, состоящих из нескольких оптических компонентов. Приведены экспериментальные результаты.
Ключевые слова: дифракционная оптика, оптический контроль.
DEVELOPMENT OF DIFFRACTIVE OPTICS FOR ALIGNMENT OF OPTICAL SYSTEMS
Ruslan K. Nasyrov
Institute of Automation and Electrometry SB RAS, 1, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Senior Researcher, phone: (383)330-79-31, e-mail: nasyrov.ruslan@gmail.com
The work is devoted to the development of methods for tuning complex optical systems using diffractive optical elements. The report will present control schemes for aspherical mirrors and layouts consisting of several optical components. Experimental results are presented.
Key words: diffractive optics, optical testing.
Введение
В настоящее время актуальной проблемой оптической промышленности является изготовление, а также сборка и юстировка сложных многокомпонентных линзовых, зеркальных и зеркально-линзовых систем, в том числе с асферическими и децентированными поверхностями. При этом для оптических систем, используемых в аэрокосмической отрасли, необходимо обеспечить очень высокое качество контроля. В последние годы достигнут существенный прогресс в области изготовления и контроля оптических поверхностей с наномет-рической точностью, где для контроля используется интерферометрический метод. Однако стандартный интерферометр обеспечивает контроль только плоских или сферических поверхностей, для контроля поверхностей сложной формы, таких как: асферические, цилиндрические, конические, торические, а в общем случае произвольной (или нетипичной) формы, необходимо использовать корректоры волнового фронта [1]. В качестве таких корректоров наиболее часто используют дифракционные элементы - компьютерно-синтезированные голограммы (СГ).
Возможны несколько вариантов применения СГ:
- СГ выполняет роль корректора, преобразуя волновой фронт интерферометра в асферический,
- СГ выполняет роль имитатора контролируемой поверхности [2],
- СГ обеспечивает точную юстировку измерительной схемы.
В ИАиЭ СО РАН рассмотрены и исследованы методы изготовления прецизионных СГ с использованием круговой лазерной записывающей системы (КЛЗС) типа CLWS-300IAE [3].
1. Контроль асферических зеркал
Для контроля асферических поверхностей применяются как осевые, так и внеосевые СГ. Осевые СГ проще в расчете, юстировке и могут быть изготовлены с высокой точностью с помощью КЛЗС. На рис. 1 приведен пример контроля 3-м асферического зеркала для телескопа Алтайского оптико-лазерного центра с помощью изготовленной в ИАиЭ СО РАН осевого СГ - дифракционного корректора. На этом же рисунке показана увеличенная часть схемы с имитатором зеркала, который используется для аттестации корректора.
Рис. 1. Схема контроля 3-м зеркала для Алтайского оптико-лазерного центра и аттестация корректора при помощи имитатора
2. Контроль внеосевых сегментов асферических поверхностей
При контроле таких зеркал имеются две основные особенности:
1. Расчет фазовой функции СГ требует существенных объемов вычислений. Объем данных достигает десятков и сотен Гб для СГ диаметром более 100 мм.
2. Для обеспечения погрешности менее 1/10 длины волны, оптические компоненты должны быть установлены в расчетные положения вдоль осей х, у, ъ
и углов ах, ау, а2 с высокой точностью, что создает большие сложности при юстировке.
Для обеспечения настройки измерительной системы, основная дифракционная структура дополняется юстировочными СГ (рис. 2) которые фокусируют свет в заданные точки пространства. Таким образом, можно однозначно выставить контролируемую поверхность относительно СГ.
Рис. 2. Оптическая схема контроля и вид дифракционной структуры СГ
3. Контроль сборки сложных оптических систем
Одной из проблем в оптическом приборостроении является сборка и настройка многокомпонентных оптических систем, как показано в примере на рис. 3, а. Были разработаны СГ, которые представляют собой несколько голограмм, изготовленных на одной подложке (рис. 3, б) в одном технологическом цикле. При этом, каждая голограмма рассчитывается таким образом, чтобы получить интерференционную картину от одной из поверхностей линз Оь О2 и О3 системы. На рис. 3, б цвет дифракционной структуры соответствует цвету контролируемой поверхности. Таким образом, при идеальной настройке системы на интерферограмме возникнет поле равномерной интенсивности на всех структурах одновременно. В противном случае, возникнет интерференционная картина, которую можно проанализировать и определить направление, в котором следует сместить тот или иной оптический компонент (рис. 3, в).
а) б) в)
Рис. 3. Схема контроля сложной оптической системы (а), вид СГ (б) и типичная интерферограмма в процессе юстировки (в)
Заключение
Предложен метод контроля сборки многокомпонентных систем на основе синтезированных голограмм. Разработаны методы расчета такого типа СГ. Приведены экспериментальные результаты, показывающие высокую точность и простоту использования данного метода.
Исследование выполнено за счет средств субсидии на финансовое обеспечение выполнения государственного задания (№ Гос. регистрации АААА-А17-117052210002-7) в ИАиЭ СО РАН.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Полещук А. Г. Совмещение дифракционных и рефракционных компонентов в оптических системах // Автометрия. - 1985. - № 6. - С. 27-31.
2. Ларионов Н. П., Лукин А. В., Рафиков Р. А. Имитатор главного зеркала телескопа на основе синтезированной голограммы // ОМП. - 1980. - № 1. - С. 39-40.
3. Синтез ДОЭ в полярной системе координат. Динамическая коррекция позиционирования лазерного пучка при записи крупногабаритных дифракционных корректоров для контроля асферических зеркал / Р. В. Шиманский, А. Г. Полещук, В. П. Корольков, В. В. Черка-шин // Автометрия. - 2017. - № 3. - С. 64-73.
© Р. К. Насыров, 2018
