Диссертация (1025115), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Исследования показывают, чтопри изменении окружающей температуры от -500 до +500 длина волныполупроводникового лазера изменяется в пределах 650 30 нм. Схема,описанная в патенте, не обеспечивает работоспособности прицела в этихусловиях.Улучшитьположениеоказываетсявозможным,уменьшиввеличину угла . Ниже приведены расчеты для нескольких вариантов схемы.α=0Рис.2.4. Оптимизация схемы полученияголограммной дифракционной решеткитрехмернойотражающей60Таблица 2.1.Параметры схемы полученияградlпов мкмградЗдесь405060708027,04622,18819,18517,33416,312,75 63,3583,8854,2974,57– угол падения опорного луча,–угол падения объектноголуча, lпов – длина проекции страты на поверхность голограммы,– ширинадиаграммы направленности отраженного от страты луча при считыванииголограммы.Для дальнейшего увеличенияиспользованиемРис.рассматриваются варианты схемы скак показано на рисунке.2.5.
Оптимизация схемы получения трехмернойголограммной дифракционной решетки приотражающейПри расчётах используются следующие соотношения:- угол наклона страт к поверхности светочувствительного слоя,-61- длина страты-,- размер отраженного от страты светового пучка на поверхности голограммы-,- ширина диаграммы направленности отраженного луча .При расчетах используются следующие параметры схемы: толщинасветочувствительного слоя 6 мкм, n=1.52, длина волны при записи 650 нм.Первый вариант схемы=700 ,=-200, расчетная величина=5,70.Таблица 2.2.Значение амплитуды продифрагировавшего луча в зависимости отсдвига длины волнынм051015202530град00,360,731,11,461,832,210,9740,890,770,620,540,27A отн.ед.Второй вариант схемы=700 ,=-300, расчетная величина=6,590.Таблица 2.3.Значение амплитуды продифрагировавшего луча в зависимости отсдвига длины волнынм051015202530град00,3530,7071,061,4141,7682,1210,980,930,8360,720,5920,402A отн.ед.Третий вариант схемы=700 ,=-350, расчетная величина=7,120 (3,560).62Таблица 2.4.Значение амплитуды продифрагировавшего луча в зависимости отсдвига длины волнынм051015202530град00,3530,7111,0671,421,782,1210,9840,9360,8590,760,6370,507A отн.ед.Такимобразом,проделанныерасчетыпоказывают,чтодляахроматизации голографических прицелов при сдвиге длины волны лазера на30нм могут использоваться как просветные, так и отражательныеголограммы, что может быть использовано для создания новых вариантовсхем.2.6.Расчетно-формульнаямоделькомпенсаторанаосновепропускающих голограммных оптических элементовОптическая схема устройства, в котором должно быть стабилизированонаправление на изображение приемного знака при отклонении длины волнысчитывающего лучаот номинального значения, представлена на Рис.2.6.Здесь ГК – голограммный компенсатор, ГОЭ - голограммный оптическийэлемент с записанной на нем голограммой прицельного знака.
Угол междуплоскостями ГК и ГОЭ равен . Интерференционные полосы в обеихголограммах направлены по горизонтали перпендикулярно к плоскостирисунка.Пунктирными линиями N1 и N2 показаны нормали к поверхностиголограмм,- угол падения считывающего лазерного луча на ГК,отклонения от нормали1- уголпродифрагировавшего на ГК лазерного луча,-угол падения этого луча на ГОЭ. Этот луч становится считывающим дляГОЭ.63N2CГОЭBГКN1DРис.2.6.Оптическаясхемаголографическогоприцеланаосновеголограммного компенсатора-угол между нормалью N2 и считанным с ГОЭ лучом, которыйформирует мнимое изображение прицельного знака.Условием ахроматизации является постоянное значение углаприизменении длины волны считывающего луча и постоянной заданнойвеличине.Прохождение интересующих нас световых лучей в оптической схемеРис. 2.6.
описывается формулами дифракции света на дифракционныхрешетках.Величина углаопределяется из рассмотрения треугольника BCDили(2.3)В соответствии с (2.3) получаем:(2.4)64Израссмотренияахроматизации. Если(2.4)вытекаетпростейшийвариантсхемы, то.Если, то получаем:(2.5)Таким образом, если плоскости АДР и ГОЭ параллельны между собойи периоды записанных на них решеток одинаковы, то направлениесчитанного луча не меняется при изменении длины волны (Рис. 2.7).Рис. 2.7. Схема с параллельным расположением ГК и ГОЭ.Здесь жирными линиями представлен ход лучей при номинальнойдлине волны, а пунктирными - при измененной длине волны.В этой схеме используются две одинаковых дифракционных решетки,установленных параллельно друг другу.
При этом считанный с первойрешетки луч используется в качестве считывающего для второй решетки.При этом считанный со второй решетки лучимеет направлениераспространения, совпадающее с направлением распространения первичногосчитывающего луча, падающего на первую голографическую решетку. Как65видно из рисунка, считанный луч испытывает при этом небольшое смещениепараллельно самому себе.
Смещение луча параллельно самому себе невлияет на положение считанного изображения прицельного знака, так каквеличина этого сдвига значительно меньше размеров голограммы.Возможный вариант схемы c параллельным расположением ГК и ГОЭпредставлен на Рис. 2.8.12Рис. 2.8. Схема с параллельным расположением ГК и ГОЭ.Схема представляет собой стеклянную пластинку на которую нанесеныдве дифракционных решетки с одинаковым периодом, штрихи которыхнаправлены перпендикулярно к плоскости рисунка.
Период решетоквыбирается таким, чтобы продифрагировавшая на решетке 1 волна падала назаднюю поверхность стеклянной пластинки под углом, большим углаполного внутреннего отражения.После нескольких переотражений внутри пластинки эта волна падаетна вторую дифракционную решетку 2, после дифракции на которой световойпучок формирует изображение прицельного знака, которое остаетсянеподвижным при изменении длины волны. Схемы с параллельным66расположением голограмм могут работать в широком диапазоне длин волн,но они обладают существенным недостатком - их вертикальный размердолжен быть более чем в два раза больше размера голограммы (и,соответственно, зрачка прицела).Длясокращенияахроматизации, еслиразмеровприцеларассмотримвозможность, тогда формула (2.4) приобретает вид:(2.6)Исключить полностью зависимостьотв этом случае не удается;однако, и в этом случае существует ограниченный диапазон допустимогоизменения длины волны.Схема 1 (Выберем величинудлине волны светаи=0)таким образом, чтобы при номинальной, соответствующей центру диапазона перестройки,величина была равна нулю (Рис.
2.9). Для этого должно бытьКроме того, величину.выберем, исходя из условия:(2.7)ГКРис. 2.9. Схема прицела приГОЭ67Тогда приформула (2.6) преобразуется к виду:++Величина(2.8)не превышает 30 нм, соответственноЭто соответствует изменению величины угладляна 3,5 мин.Этой величиной можно пренебречь. Более существенный сдвиг связан совторым членом формулы (2.8). Для устранения его необходимо выполнитьусловие.Таким образом, для того, чтобы в рассматриваемом случае сдвигизображения прицельного знака находился в допустимых пределах,необходимо выполнить два условия:Еслии.,то, пренебрегая величинами порядкаполучим:=СоответственноЧтобыне изменялось при изменении длины волны, должно быть:т.е., должно бытьили68, так какЕслии,то=Рассмотрим несколькоиспользуется вариантпримеров оптическихсхем, в которых=00.Вариант 1=400,Тогда=700,,=0.692мкм,=00=0.903мкм ,4,41950.Таблица 2.5.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис.
2.9.град0,600,620,640,650,660,680,704,5164,4544,4234,4194,4234,4544,5165,82,10,2400,242,15,8Вариант 2=400,Тогда=600,,=0.750555мкм,=00.=0.97978мкм ,1,18190.Таблица 2.6.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис. 2.9.град0,600,620,640,650,660,680,701,2641,2111,1851,1821,1851,2111,264694,91,760,200,21,764,9Вариант 3=400,Тогда=500,,=0.848515мкм,=00=1.107658мкм ,3,208160.Таблица 2.7.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис. 2.9.град0,600,620,640,650,660,680,70-3,144-3,185-3,206-3,208-3,206-3,184-3.1443,851,40,1600,161,43,85Отрицательное значение величиныозначает, что считанный лучпосле ГОЭ имеет наклон вниз по отношению к нормали к ГОЭ.Вариант 4=500,Тогда=600,,=0.750555 мкм,=00.=1.167657 мкм ,12,085670Таблица 2.8.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис.
2.9.град0,600,620,64-11,986-12,050 -12,082 -12,086 -12,082 -12,050 -11,98662,160,240,6500,660,240,682,160,706Как видно из таблиц, даже при изменении длины волны на50 нмсдвиг луча не превышает 6 минут. Таким образом, рассмотренная оптическаясхема вполне может быть использована на практике.Схема 2 (когда)Представляет интерес ситуация, когда продифрагировавший на ГК лучимеет одинаковый угол наклона к ГК и к ГОЭ (считывающего светового пучка), когда длина волны(Рис. 2.10). Введем дополнительноетребование - чтобы периоды записанных на ГК и ГОЭ решеток были равны междусобой.70При изменении длины волны пучка света величинасоответствии с законами дифракции. Посколькуизменяется в, соответственно,, а при, то, т.
е. изменение синуса угла падения лучаравно по величине и противоположно по знаку изменению синуса угла.ГКна ГОЭ.(2.9)ГОЭРис. 2.10. Схема прицела приНиже приведены расчеты изменения величиныпри изменениидлины волны для нескольких вариантов схемы.Вариант 1,формулеВыбираем=200. Голограммы (ГК и ГОЭ) работают по=0.65мкм..
Из формулы (2.9) примкм, соответственно°.получаем71Таблица 2.9.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис. 2.10.0,600,620,640,650,660,680,70, град20,79220,47520,1582019,84219,52719,212град9,9969,9999,9998109,99999,9999,9960,2400,24Вариант 2мкм,град.Таблица 2.10.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис. 2.10.0,600,620,640,650,660,680,70, град 31,67531,00230,3333029,66829,00828,353град9,9919,999109,9999,9919,9759,9751,501,44Можно использовать схему с другим ходом лучей, как показано на Рис.2.11. В этом случае ГК работает по схеме= .= , а ГОЭ - по схеме72ГКГОЭРис. 2.11. Ход лучей в схеме голографического прицелаВариант 3мкм,град.Таблица 2.11.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис.
2.11.0,600,620,640,650,660,680,70, град 22,438 21,45820,4842019,51718,55517,579град10,036 10,01310,00141010,001410,01310,0352,20,08400,0840,792,10,78Вариант 4мкм,град.Таблица 2.12.Параметры оптической схемы прицела в соответствии с Рис. 2.11.0,600,620,640,650,660,680,70, град 22,845 21,70020,5652019,43718,31817,206град15,0515,01815,0021515,00215,01715,04831,10,1200,121,02,9Проделанные расчеты показывают, что использование оптических схемс взаимным наклоном ГОЭ и ГК позволяет несколько уменьшить габаритысхемы при допустимых сдвигах изображения прицельного знака.2.7.Расчетно-формульнаямоделькомпенсаторанаосновепропускающих голограммных оптических элементов и зеркалаТакже рассмотрим голограммный компенсатор пропускающего типа, закоторой навстречу проходящим через решетку лучам установлено зеркало(или нанесена зеркальная пленка на заднюю поверхность пластинки, накоторую записана голографическая решетка).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
