Презентація на тему:
ОСНОВИ КОНСТРУЮВАННЯ ЛАЗЕРНИХ ПРИЛАДІВ ТА ПРИСТРОЇВ

Дисципліна ”ОСНОВИ КОНСТРУЮВАННЯ ЛАЗЕРНИХ ПРИЛАДІВ ТА ПРИСТРОЇВ” Доцент кафедри ФОЕТ, канд. физ.-мат. наук ФРОЛОВА Тетяна Іванівна Web-сторінка: http://frolova.zzl.org E-mail: frolova@kture.kharkov.uaа ауд. 115і, тел. 7021057 Харківський національний університет радіоелектроніки “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Деталі оптичних систем: Плоскі, сферичні і несферичні дзеркала; Відбивні призми, заломлюючі призми і клиння. Світловоди і волоконна оптика. Лінзи Френеля. Аксікони. Оптичні растри. Градієнтні і дифракційні елементи. Лекція №12 “ТИПОВІ ОПТИЧНІ ДЕТАЛІ ПРИЛАДІВ” * 17.11.10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Дзеркала Дзеркалом називають оптичну деталь, у якій робоча поверхня (або одна з робочих поверхонь) відображає оптичне випромінювання. Відображення походить від дзеркального покриття, нанесеного на робочу поверхню, або від самої полірованої робочої поверхні деталі, виконаної з матеріалу, що володіє хорошою відбивною здатністю. Дзеркальне покриття може бути нанесене на зовнішню робочу поверхню (зовнішнє покриття) або задню робочу поверхню (внутрішнє покриття). Дзеркала поділяють на пласкі (з пласкою робочою поверхнею) і силові (зі сферичною або асферичною робочою поверхнею). Пласкі дзеркала по своїй дії на світловий пучок подібні відбивним призмам, а силові - лінзам, тому що вони перетворюють форму пучка і створюють зображення. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Переваги і недоліки дзеркал Перевагами дзеркал порівняно з призмами і лінзами є: менша маса, простота конструкцій, менше значення внесених аберацій (у тому числі відсутність хроматизму у дзеркал із зовнішнім відображенням), виняток вимог до ряду показників якості матеріалу дзеркал із зовнішнім відображенням, можливість створення дзеркал великих розмірів (до декількох і більше метрів в діаметрі). Недоліками дзеркал, у тому числі і плоских, є вимоги підвищеної точності виготовлення відбивної поверхні внаслідок того, що при відбиванні дефекти поверхні почетверяють спотворення фронту світлової хвилі в порівнянні з впливом дефектів заломлюючої поверхні, екранування частини світлових променів попереднім дзеркалом, наприклад в двох-дзеркальної системі. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Конструктивні параметри До розрахункових конструктивних параметрів дзеркала, отриманим в результаті габаритного, абераційного і світлотехнічного розрахунків оптичної системи, відносять: світлові розміри робочої поверхні (їй) і параметри її форми (площина, радіус сфери, рівняння і координати точок для асферіки), значення коефіцієнта відбиття від робочої (дзеркальної) поверхні [при роботі в УФ-області спектра (1 - 380 нм), видимої (380 - 780 нм), інфрачервоної (780 нм - 40 мкм), субміліметрової (40 мкм - 1 мм)]; допустимі значення похибок виготовлення робочої поверхні (загальна і місцева похибки форми, децентріровка). До конструкторських параметрів, отриманим в процесі розробки конструкції дзеркала, відносять: матеріал дзеркала, йoго габаритні розміри (залежні від світових розмірів, способу кріплення, необхідної технологічної і конструктивної жорсткості, запасу для юстування), шорсткість і клас чистоти поверхонь, параметри фасок, вид покриттів. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Властивості матеріалів 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * У таблиці на кресленні оптичної деталі, в розділі "Вимоги до матеріалу", для дзеркал з зовнішнім відображенням вказуються категорії бессвільностu, пузирностu (включення) і подвійного променезаломлення. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Види конструкційних покриттів 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Пласкі дзеркала 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * де D – діаметр пучка промінів, визначальний ширину дзеркала; - кут, визначальний положення дзеркала; d/n – товщина, редукованої плоскопаралельної пластини. Пласким дзеркалом називають оптичну деталь з пласкою відбивною поверхнею, яка призначена для зміни напрямку осі оптичної системи. Комбінація із пласких дзеркал крім зміни напрямку оптичної осі забезпечує обертання зображення. Розмір с плаского дзеркала з внутрішньою відбивною поверхнею знаходиться по формулі: “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Сферичні дзеркала 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * Сферичним дзеркалом називають оптичну деталь, сферична поверхня якої є відбивної, що забезпечується нанесенням відбивального покриття. Відмінними рисами дзеркал є: більший коефіцієнт пропускання; відсутність спотворень в зображенні, внесених заломлюючими поверхнями за рахунок явища дисперсії (відсутність хроматичної аберації); менші габаритні розміри і маса;можливість компоновки оптичних систем з меншою довжиною, ніж довжина систем з лінзових елементів; в деяких випадках, наприклад в освітлювальних системах, забезпечення кращого використання джерела випромінювання і т. д. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Кресленик металоскляного дзеркала 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Призми Призмами називають оптичні деталі або оптичні системи деталей (об'єднані в єдиний блок) з плоскими робочими поверхнями (гранями) на яких відбувається заломлення або відбиття оптичного випромінювання. Призми поділяють зазвичай на дві групи: відбивні і спектральні. До групи спектральних відносять також поляризаційні, модулювальні і відхиляючі випромінювання призми на основі фізичних ефектів в їх матеріалах при впливі на них електричних або магнітних полів. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Маркування призм Відбивну призму характеризує коефіцієнт призми с, що є відношенням довжини d ходу променів у призмі до світлового діаметру D вхідної грані: c=d/D. Для призм, показаних на рис. (а-в), с = 1, 2, 2 відповідно. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * Призма маркується літерами і цифрами: перша буква визначає число граней (А - одна відбивна грань, Б - дві, В - три), друга - характер конструкції призми (Р - рівнобедрена, С - ромбічна, П - пента-призма, У - полупентапрізма, М - далекомірна, Л - призма Лемана); число вказує кут відхилення осьового променя в градусах. Для позначення призм з дахом до першої великої букви додають рядкову букву к. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Переваги відбивних призм Переваги відбивних призм по відношенню до дзеркал: кути між гранями призми незмінні, тоді як кути між дзеркалами повинні регулюватися з великою точністю при збірці і можуть раз’юстуватися в процесі експлуатації; втрати світла у призм від граней з повним внутрішнім відбиттям дорівнюють нулю, тоді як при відбитті від поверхонь дзеркал втрати досить великі; крім тогo, що відображають покриття дзеркал з часом можуть псуватися; конструкція кріплення призм в оправах, як правило, простіше, ніж у системи дзеркал, і володіє меншими габаритними розмірами; для деяких призм немає еквівалентних дзеркальних систем (наприклад, для призми Дове, полупенти, деяких видів спектральних призм). 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Відбивні призми Відбивні призми підрозділяють на прості (їх називають також одинарними), виконані з однієї заготовки матеріалу, і складені (призмові блоки), що представляють собою комбінації з двох або більшої кількості простих призм, об'єднаних в єдиний блок за допомогою склеювання або закріплення в оправі. Основними цільовими характеристиками відбивних призм є: кут відхилення світлового пучка, лінійний зсув пучка, обертання зображення, ступінь можливості поділу або суміщення пучків променів. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Приклади відбивних призм Пентапризма (БП-90°) і її розгортка в плоскопаралельну пластину 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * Довжина ходу променя в пентапризми знаходиться за формулою (с=3,414) Призма Дове (призма зберігає напрям променя и не зміщує його (дзеркальне зображення)) a – розмір основи призми; d – довжина ходу променя. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Заломлювальні призми Оптична деталь з плоскими заломлюючими поверхнями 1 і 2, утворюють двогранний кут , називається заломлювальною призмою. Перетин призми площиною, перпендикулярної до ребра двогранного кута, буде головним перетином призми. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Заломлювальні складені призми 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * Заломлювальні (диспергуючі) складові призми спектральних приладів - призми Резерфорда, Амічі, Аббе і трьох-призмова система - показані відповідно на рисунках нижче. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Клини Якщо заломлювальний кут призми малий ( ≤ 6°), то таку призму називають клином. Оптичні клини в оптичних системах використовують як компенсатори при юстуванні і вимірах. Однак більш часто клиновидність виявляється як помилка, що допустили при виготовленні плоскопаралельних пластин, попередня оцінка впливу якої забезпечує завдання її допустимого значення. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Світловоди Скляний пруток круглого або іншого перерізу з полірованими бічною поверхнею і торцями може бути використаний як світловод для передачі світлової енергії у важкодоступні порожнини без перенесення теплоти від джерела випромінювання. Світловоди можуть бути зігнуті в гарячому стані з радіусами кривизни, рівними 20…50 їх діаметрам, і в холодному стані з радіусами кривизни 200... 300 діаметрів. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * Схема для знаходження апертурного кута світловода “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Лінзи Френеля Лінзи Френеля є оптичні деталі із ступінчастою поверхнею . Чим менше відстань між сусідніми сходами, тим точніше виконується умова зменшення залишкових аберацій при малій товщині лінзи. Найменша досягнута відстань між сходинками дорівнює 0,05 мм. Сходинки можуть бути розмежовані концентричними, спіральними або паралельними канавками і являють собою в перших двох випадках ділянки конічних або сферичних поверхонь, а в третьому випадку – ділянки площин або циліндричних поверхонь. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * Світловий діаметр лінзи Френеля: “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Аксікони Аксіконом називається оптична деталь чи оптична система, що викликає значне порушення гомоцентрічності пучка променів, що виходять з предметної точки. Зображення осьової точки виходить у вигляді відрізка прямої, яка є частиною оптичної осі в просторі зображень, а в обраній площині зображення – у вигляді кола досить великого діаметру. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Оптичний растр Оптичним растром називається сукупність з лінзових або дзеркальних елементів, що мають оптичну силу. Відстань між осями двох суміжних елементів, виміряний по нормалі до їх осей симетрії, називають періодом, або кроком растру. 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.

Кресленик кругового вимірювального растру 17/11/10. “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І. * “Основи конструювання лазерних приладів та пристроїв”,ХНУРЄ, каф.ФОЕТ, викл. Фролова Т.І.