Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 62
Текст из файла (страница 62)
2оо. /1аухкомпонентная система для уменьшения расходимостн пучка лазера пента. Другими словами, задача, решаемая первым компонентом, аналогична рассмотренной в и. 105 задаче по концентрации лазерного излучения. Выполнение второго нз указанных условий означает, что задний фокус Р~ первого компонента должен быть расположен относительно переднего фокуса гз второго компонента на расстоянии г1, определяемом по формуле (472). Это расстояние называют оптическим интервалом, который обозначается б, т. е. г( — — Ь.
Следует иметь в виду, что в большинстве практнческнх случаев аю )) /1, поэтому величина Ь сравнительно мала. Таким образом, двухкомпонентная система, предназначенная для уменьшения расходнмостн лазерного пучка, близка к афокальной системе,. расфокусированной на величину Ь = г~.
Лазерный пучок, преобразованный первым компонентом, следует рассматривать как пучок пространства предметов по отношенню ко второму компоненту, т. е. 2у~ = 2уя н г„'1 = акз. Тогда согласно формуле (468) прн га = О имеем: г'я = /я'/г з = /з /г'1 (474) Следовательно, угловое увеличение двухкомпонентной системы с учетом формул (471), (473) н (474) будет равно: у = у' аю/г„х = (/1//з) у/ г„1/(г, + а~1). (475) Прн б = О имеем афокальную систему, угловое увеличение которой определяется известной зависимостью: т /1//2 (476) Так как выражение под знаком радикала формулы (475) всегда меньше единицы, то нз сравнения формул (475) н (476) следует, что угловое увеличение, а значит, я расходнмость лазерного 320 пучка для расфокусированной афокальной системы всегда меньше, чем для афокальной системы. Таким образом, расчет двухкомпонентной системы для уменьшения расходимости лазерного пучка можно выполнять в следующей последовательности.
Для данного лазера, у которого известны угловая расходимость 2ы, конфокальный параметр г„ = хю и диаметр перетяжки 2у = 2у„из конструктивных или габаритных условий задаемся положением перетяжки г, относительно переднего фокуса г", первого компонента, Согласно условию (469) по формуле (463) определяем диаметр ь", первого компонента. Выбираем фокусное расстояние ~; первого компонента нз условия, чтобы его относительное отверстие В1/Д имело значение, при котором не возникают значительные трудности аберрационной коррекции системы. По формуле (472) находим оптический интервал (Л = г(), по формуле (473) — конфокальный параметр лазерного пучка, преобразованного первым компонентом (г„'1 — — г„~). Зная по техническим условиям необходимую угловую расходимость 2а' на выходе системы, по формуле (47!) устанавливаем, угловое увеличение системы и согласно формуле (475) вычисляем фокусное расстояние второго (положительного) компонента: 6 = <! '/ т) ~ГЕ 7Я +ЕТ Диаметр О, второго компонента определяется согласно условию (469) по формуле (481) с использованием эквивалентного конфокального параметра г„,.
В заключение отметим, что расчет оптических систем для согласования параметров лазерного. пучка с последующими оптическими элементами аналогичен расчету рассмотренных выше оптических систем, предназначенных для концентрации излучения лазера или для уменьшения расходнмости лазерного пучка. 107. Оптическая фотоэлектрическая система с лазером Высокая направленность и большая мощность излучения лазера обеспечивают широкие возможности его использования для регистрации далеких объектов с помощью фотоэлектрических оптических систем, воспринимающих лазерное излучение, отраженное от объекта. Принципиальная схема такой системы приведена на рис.
251. ° Пусть 2ы — плоский угол расходимости лазерного пучка. Учитывая малые значения этого угла, можно считать, что соответствующий ему телесный угол й = паз, При многомодовом режиме излучения лазера, обеспечивающем наибольшую мощность, можно сделать допущение о том, что распределение потока 326 Рис. гэ!. Фотоэлектрическая оптическая система с лазером излучения в телесном угле Й равномерное.
Тогда сила излучения лазера в направлении его осн определяется по формуле 7е Фее'(пса ) где Ф, — поток излучения лазера. Если расстояние от лазера до облучаемого объекта р, а коэффнцнент пропускання атмосферы на этом расстоянии т„ то прн падении лучей по нормали на поверхности объекта будет создана энергетическая освещенность Е, = та7,/Ра.
Считая, что поверхность облучаемого объекта является поверхностью Ламберта с коэффициентом диффузного отражения р, определяем энергетическую яркость объекта как вторичного нсточника 1см. формулу (227)1; Е, = рЕ,7и. Диаметр поверхности объекта, облученной лазером, Р, = 2сор. Эта зависимость справедлива в том случае, если размер сечения лазерного пучка на расстояннн р меньше, чем размеры облучаемой поверхности, Таким образом, для расчета фотоэлектрической оптической системы определены энергетическая яркость и площадь вторичного источника.
Расчет этой системы можно выполнить по методике, изложенной в гл. ХУ111. Пусть приемник излучения установлен в плоскости нзображення источника. Прн.значнтельных расстояниях р приемник устанавливают в задней фокальной плоскости оптической системы (рнс. 251). В этом случае линейное увеличение оптической системы определяется по формуле р = 1'/р, а диаметр изображения поверхности объекта, облученного лазером, Р; = Р,б. Если это изображение вписывается в светочувствительную поверхность приемника, то необходимое относительное отверстие оптической системы согласно (457) будет равно: Р/~' = 2ъ' 1 ~„/(т,гефт„,п(.,КЗ (1)), згт где Я; — площадь изображения объекта; 5 (Л) — абсолютная спектральная чувствительность приемника к моиохроматическому излучению лазера.
Если изображение объекта перекрывает рабочую поверхность приемника, то необходимое относительное отверстие оптической системы находят по.формуле (456): ~Ч = а 1аиа/(та~сита. сп~.е'сир~ (й)) Для увеличения дальности действия рассмотренной выше системы необходимо уменьшать расходимость лазерного пучка. Это обеспечивается с помощью двухкомпонентной системы, описанной в п. 106. 108, Оптические системы, применяемые в голографии Современное развитие голографии характеризуется ее широким применением для решения различных научно-технических задач.
К числу таких важных практических применений голографии следует отнести голографическую интерферометрию, регистрацию в трех измерениях быстро протекающих процессов, голографическое телевидение, создание запоминающих устройств с высокой плотностью записи информации, распознавание образов и многие другие. Процесс получения голограммы и последующего восстановления волнового фронта связан с необходимостью использования источников излучения. В качестве таких источников чаще всего применяются лазеры, излучение которых характеризуется высокой пространственной и временной когерентностью.
Однако в большинстве случаев сечение лазерного пучка имеет незначительные размеры. 'Поэтому для получения нужного диаметра сечения лазерного пучка применяют оптические системы. При рассмотрении теоретических вопросов голографии делается допущение о том, что при получении голограммы и последующем восстановлении волнового фронта используется плоская монохроматическая волна, которую с точки зрения геометрической оптики можно рассматривать как пучок лучей, параллельных оптической оси.
Однако в действительности такой пучок имеет аз Рис. 252, Афокальиаи система дли увсличеиии диаметра пучка лазера 328 Г ах их Рис. 253. Двухкомпонентная система яня Фурье-преопрааованнн расходимость, мянимальвое значение которой определяется явлением дифракции. Для увеличения размеров сечения лазерного пучка рациональнее всего использовать двухкомпонентную оптическую систему, близкую к афокальной, используемую для уменьшения расходи- мости лазерного пучка.
Оптическая схема и методика расчета такой системы приведены в п. 106. Минимальный размер сечения лазерного пучка, преобразованного оптической системой, определяется согласно формуле (471): 2у' = 2дуу = 2уу'г,'7г,. Для афокальной системы ее угловое увеличение 7 рассчитывают по формуле (476). В устройствах для голографии используют афокальные системы, построенные по схеме телескопической системы Кеплера (рис. 252, а) или Галилея (рис. 252, б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
