Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Приемник излучения 7 может быть размещен либо в плоскости изображения источника (нлн вблизи нее), либо в плоскости выходного зрачка оптической системы. Для изменения потока излучения в оптической схеме используют компенсатор 5 †', выполненный, например, в виде двух клиньев, образующих прн их взаимном перемещении плоско- параллельную пластину переменной толщины. Это позволяет получить нейтральный светог х 'фильтр переменной плотности. Рассмотренную схему можно использовать для намерений по методу с нулевым отсчетом.
Линзовые элементы компонентов 2 и б в некоторых случаях 7 г у г' х' х Рнс. 'ць Схема оптической фотоэлек. трнческой снстемы с днфференцнальным включением прнемннка Рис. 245. Сх ~в лля регнстрацнн пере. мещення иэл, ~ающего объекта 316 могут иметь селективное пропускание, что может приводить к погрешностям измерений. Кроме того, при использовании в качестве материалов для изготовления линз оптического стекла следует иметь в виду, что оптическое стекло большинства марок прозрачно в диапазоне длин волн 0,35 ... З,О мкм. Поэтому в ряде случаев в качестве компонентов оптической системы целесообразно использовать зеркальные системы 2 и б (рис. 243, б).
Схема с нулевым отсчетом для измерения коэффициента поглощения при отражении от поверхности объекта б показана на рис. 244. В этой схеме излучение от источника 1 после прохождения компонента 2 и светофильтра 3 направляется через полупрозрачную пластину 4 на исследуемый объект б.
Отраженное объектом излучение возвращается на пластину 4 и после отражения от полупрозрачной поверхности проходит через компенсатор б — б', компонент 7 и поступает на приемник 8. Данная схема может быть использована и для измерения коэффициента отражения. Схема для регистрации перемещения бесконечно удаленного объекта дана на рис. 245. Изображение объекта с помощью объектива 1 образуется в задней фокальной плоскости, где установлено анализирующее устройство 2. Конденсор 3 собирает поток излучения от источника на светочувствительной поверхности приемника излучения 4, который может быть расположен, например, в плоскости выходного зрачка оптической системы.
В зависимости от положения изображения источника относительно оптической оси системы изменяется поток излучения, проходящий через анализирующее устройство, следовательно, изменяется сигнал, сии. маемый с приемника. В схеме с дифференциальным включением приемников (рис. 246) излучение от источника 1 после отражения от плоских зеркал 2 и 2' поступает в объектив 3 измерительной ветви, в которой установлен исследуемый объект 4, и в объектив 3' эталонной ветви. Для изменения потока излучения в эталонной ветви устанавливается компенсатор 3 †' с переменным коэффициентом пропускания (или диафрагма переменного диаметра). Объективы б и б' концентрируют излучение соответственно на приемниках 7 и 7'. В схеме используется встречное включение цепей приемников, что исключает реакцию при одинаковых потоках излучения, поступающих на приемники.
По шкале клинового компенсатора снимается значение измеряемой величины. Достоинством данной схемы является независимость результатов измерений от колебаний потока излучения источника, Однако схема требует применения приемников с одинаковыми и стабильными характеристиками. Г л гав в Х1Х ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЛАЗЕРОВ 103. Свойства излучения лазеров Излучение лазеров характеризуется высокой монохроматичностью, острой направленностью, большой мощностью, является когереитным и поляризованным.
Эти свойства присущи в той или иной степени всем лазерам, независимо от их типа и конкретных технических данных. Монохроматичность источника оценивают шириной спектра ЬХ, которая определяется на уровне интенсивности спектральной линии, равной половине максимального значения. Для газовых лазеров ширина спектральной линии составляет 10-а ... 10-' нм, для твердотельных — 1О-' ... 10 ' нм, для полупроводниковых— 1 ... 10 нм.
У газовых лазеров ширина спектральной линии может быть уменьшена до 1О-' нм. Указанное свойство излучения лазера эффективно используется для спектральной селекции полезного сигнала на фоне внешних помех. Направленность излучения характеризуется значением телесного или соответствующего ему плоского угла, внутри которого распространяется поток излучения. Угловая расходимость лазерного пучка, характеризуемая плоским углом, составляет единицы минут для газовых лазеров, несколько десятков минут для твердотельных и от единиц до десятков градусов для полупроводниковых лазеров. Высокая степень направленности лазерного пучка позволяет осуществлять пространственную селекцию облучаемого объекта, получать высокое угловое разрешение, создавать иа облучаемом объекте большую энергетическую освещенность.
Мощность излучения, или поток излучения, создаваемая лазером, зависит от типа лазера. У газовых лазеров, работающих в непрерывном режиме, мощность излучения составляет от единиц милливатт до единиц ватт, у полупроводниковых — до единиц киловатт, у твердотельных, работающих в импульсном режиме,— до'10" Вт. При этом следует иметь в виду, что расходимость лазерного пучка не превышает нескольких минут„поэтому даже при мощности излучения, измеряемой в милливаттах, лазер имеет энергетическую силу света до 10з Вт ср-'. По сравнению с другими источниками излучения лазеры обладают самой высокой степенью когерентности. Это свойство лазеров используется в оптических системах для передачи и приема информации на оптических частотах, при создании эталонов длины, в интерферометрах и в других случаях.
З1З (04. Параметры пучка лазера и основные соотношения при его преобразовании оптической системой Лазерный пучок, выходящий из резонатора произвольной конфигурации, имеет своеобразную структуру, не являясь пучком гомоцентрических лучей (рис. 247). Эги лучи совпадают с нормалями к волновому фронту, который вблизи оси можно считать сферическим. В некотором сечении волновой фронт является плоским. В этом месте лазерный пучок имеет минимальный поперечный размер 2у (перетяжку). Положение перетяжки относительно вершин зеркал резонатора определяют по формулам ()3): (459) (460) 319 зг = Щ (1 — йд)/(пд + д, — 2Ы~); з. = бйг (! — йз)/(йг+ йз — 2а а.), Излучение лазеров почти всех типов является поляризованным. Если торцы активных элементов лазера расположены под углом Брюстера, то излучение будет линейно поляризованным.
Это свойство излучения лазера используется при разработке различных приборов, принцип действия которых основан иа эффектах в поляризованном излучении. Применение лазеров как источников излучения для решения различных задач в большинстве случаев требует разработки оптических систем, служащих для преобразования лазерного излучения. С помощью таких систем могут решаться следующие задачи: концентрация лазерного излучения в пятно малых размеров (фокусировка); преобразование лазерного пучка в пучок с малым углом расходимости (коллимация); формирование лазерного пучка в пучок с необходимыми параметрами для согласования с последующей оптической системой (согласование). Указанные выше свойства излучения лазеров предъявляют ряд специфических требований к конструкции оптических систем.
Большая мощность лазерного излучения обусловливает чрезвычайно высокие значения энергетической освещенности, особенно в местах концентрации излучения. Поэтому в этих местах не следует устанавливать оптические детали. Материал оптических деталей необходимо выбирать с учетом их лучевой прочности. Для сохранения состояния поляризации излучения лазера поверхности отражающих и преломляющих оптических деталей следует располагать так, чтобы углы падения лучей не превышали критических значений. Высокая степень когерентности излучения лазеров в некоторых случаях может приводить к появлению нежелательных иитерференционных эффектов.
Для их устранения можно соответствующим образом выбирать толщину оптических деталей. где с] — расстояние между зеркалами резонатора; д, я у,— обобщенные параметры, определяемые соответственно через радиус кривизны зеркал г, н г,: д, 1 — 01/гг); д» = 1— — ((/гз). Пространственные параметры лазерного пучка рассчнтывают, пользуясь понятием эквивалентного конфокального резонатора, образованного двумя сферическими зеркалами с одннаковымн радиусами. Фокусы зеркал совпадают. Для такого резонатора половина расстояния между зеркалами, т.
е. фокусное расстояние каждого зеркала, является конфокальным параметром лазерного пучка (22) '. Любой резонатор с зеркалами различной кривизны н различным расстоянием между ними может быть заменен эквнвалентным конфокальным резонатором, конфокальный параметр которого определяется по формуле ггг П вЂ” «Жйа,-Ь«.— гг,г) ~4«» Прн использовании формул (459) — (46!) следует иметь в виду, что если одно нз зеркал резонатора плоское, то перетяжка находятся в плоскости этого зеркала, а конфокальный параметр Если резонатор состоит нз плоскнх зеркал, то выходящий нз лазера пучок можно характеризовать как совокупность плоских волн, расходящихся под днфракцнонным углом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
