CC BY
71
УДК 681,7 Т.В. Колмыкова СГГА, Новосибирск
ВОЗМОЖНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ОБЪЕКТИВА ДЛЯ ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА СПЕКТРА
В статье рассмотрена возможность расчета объектива для терагерцового диапазона спектра с оптическими элементами, выполненными из лейкосапфира и кварца.
Т. V. Kolmykova
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federaion
OPPORTUNITY OF DEVELOPMENT OF THE OPTICAL OF TERAHERTZ WAVE
In clause the opportunity of calculation of an objective of terahertz a range of a spectrum with the optical elements executed from sapphire and quartz is considered.
Терагерцовый (ТГц) диапазон занимает место между микроволновой и инфракрасной частью электромагнитного спектра, что соответствует области частот 1010-1014 Гц. Эта область спектра продолжает оставаться наиболее неосвоенной как в смысле использования ее в фундаментальных исследованиях в области оптики, так и в большом количестве смежных научных дисциплин и технологических приложений. Необходимость освоения ТГц диапазона обуславливается рядом причин.
Большинство спектральных свойств различных конденсированных сред (твердых тел, жидкостей, биомедицинских тканей, водных растворов, комплексных макромолекул), характеристики излучения различных инородных включений в конденсированных средах попадают именно ТГц диапазон. Эти свойства отличают ТГц диагностику от существующих методов диагностики (рентгеновской, ультразвуковой и магниторезонансной томографии), где в качестве тестирующей характеристики используют значение плотности вещества.
Спектральные свойства ТГц диагностики определяются её важностью с точки зрения различных применений в технологиях безопасности, биомедицинских технологиях, фармацевтике, нанотехнологиях, микро и наноэлектронике, мониторинге климата, решении задач астрономии, космических исследованиях, связи и многих других областях [1].
Основной причиной слабого использования систем терагерцевого диапазона от систем, использующих иные частотные диапазоны спектра,
заключается в том, что в настоящее время приемники и источники терагерцевого излучения находятся на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок [2]. Такая же проблема стоит и в разработке оптических систем для ТГц диапазона спектра.
В данной работе рассматривается варианты расчетов оптической схемы объектива для ТГ ц диапазона спектра, выполненные из разных материалов лейкосапфира и кварца.
Из [3] определяем показатели преломления для лейкосапфира и кварца, и рассчитываем коэффициенты дисперсии Аббе для диапазона длин волн от 100 мкм до 333 мкм. Рис. 1. Оптическая схема
При X = 100 мкм, п = 3,105 (лейкосапфир); объектива
п = 2,132 (кварц);
При X = 200 мкм, п = 3,076 (лейкосапфир); п = 2,117 (кварц);
При X = 333 мкм, п = 3,069 (лейкосапфир); п = 2,113 (кварц).
Коэффициент Аббе для лейкосапфира V = 27,316, для кварца V = 58,789.
На рис. 1 представлена оптическая схема объектива. Данная конструкция позволяет разработать объектив из одного оптического материала, т.к. коррекция хроматизма в ней происходит за счет компенсации хроматических аберраций в зеркалах Манжена.
Оптическое моделирование производилось при помощи пакета прикладных программ 7ешах. Результаты расчетов представлены на рис. 2 и 3.
1. Объектив из лейкосапфира.
Объектив из лейкосапфира имеет следующие оптические параметры:
Фокусное расстояние, мм 136;
Относительное отверстие 1:1.16;
Диаметр входного зрачка, мм 120;
Рабочий спектральный диапазон, мкм 100-333;
Основная рабочая длина волны, мкм 200;
Угловое поле зрения в пространстве предметов, град 5.
Рис. 2. Графики концентрации энергии в аберрационном пятне объектива из
лейкосапфира
2. Объектив из кварца.
Объектив из кварца имеет следующие оптические параметры: Фокусное расстояние, мм 172.72;
Относительное отверстие 1: 1.46;
Диаметр входного зрачка, мм 120;
Рабочий спектральный диапазон, мкм 100-333;
Основная рабочая длина волны, мкм 200;
Угловое поле зрения в пространстве предметов, град 5.
3,0000, 0,0000 DEG 1.5000, 0.0000 DEG 5.0000, 0,0000 DEG
1 1 1 1 ' і і і і
- ~
-
- 1 1 1 1 1 1 1 1 _
>-
(J
Q¿
Ш
а
ш
L/J
О
_1
и
LL
О
□
Н
I—
U
Œ
Û£
LL
150 200 250 300 350
RADIUS FROM CENTROID IN fitb
450
Рис. 3. Графики концентрации энергии в аберрационном пятне объектива из
кварца
Проведенное моделирование оптической системы с разными оптическими материалами позволяет сделать вывод, что данная схема позволяет рассчитывать объективы для ТГц диапазона спектра и при дальнейшей оптимизации будет получен хороший результат.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гейко, П.П. Взаимодействие оптического излучения с веществом [Текст]: учеб. пособие/ П.П. Гейко. - Томск: ТУСУР, 2007. - 164 с.
2. Сизов, Ф.Ф. Фотоэлектроника для систем видения в ’’невидимых” участках спектра [Текст] / Ф.Ф. Сизов. - Киев: Академпериодика, 2008. - 240 с.
3. Золотарев, Оптические постоянные природных и технических сред [Текст]: Справочник / В.М. Золотарев, В.Н. Морозов, Е.В. Смирнова. - Л.: Химия, 1984. - 216с.
© Т.В. Калмыкова, 2011
