Диссертация (1103493), страница 13
Текст из файла (страница 13)
рис. 46) была добавлена полуволновая (для длины волны 532мкм) фазовая пластинка. Внесение в схему фазовой пластинки обеспечиваетдополнительный поворот вектора поляризации, так что максимальная доляполезного света (от неосевого источника) оказывается на темном выходе.Дополнительный поворот определяется ориентацией фазовой пластинки и зависитот установленного в схеме угла вращательного сдвига. Вычисления, выполненныес помощью программы расчета оптических систем CODE V, показали улучшениепропускания схемы коронографа до 18% при углах вращательного сдвига ψ < 40°при использовании зеркал с серебряным покрытием. Для подтверждения этихвычисленийналабораторноммакетекоронографабылипроведеныэкспериментальные измерения, описанные ниже в главе 5.3.5 Оценка рабочего спектрального диапазонаОписанный метод анализа поворота изображения и изменения поляризации воптической схеме учитывает длину волны распространяющегося света.
Результатыполяризационного анализа справедливы для всех длин волн в диапазоне, в котором86оптические элементы сохраняют свои функциональные свойства (коэффициентыпропускания, отражения, поляризационные свойства).Схема коронографа содержит три вида оптических элементов: плоскоезеркало, поляризационный светоделитель и фазовая пластинка. Характеристикиоптических элементов в общем случае зависят от длины волны проходящего черезних излучения. Зеркала с различными металлическими и защитными покрытиямиотражают в среднем более 90% падающего на них света (поляризованного инеполяризованного) в диапазоне 0.45…20 мкм [117], а, например, зеркала ссеребряным и защитным покрытиями – более 97.5% в диапазоне 0.45…2 мкм [118].Поляризационные светоделители – поляризационные призмы из кальцита –пропускают около 90% падающего на них света с коэффициентом экстинкции 10 5:1в диапазоне 0.3…2 мкм [119].
Многослойные (слои кварца и фторида магния)ахроматические полуволновые пластинки вносят сдвиг фаз с ошибкой не более0.05% в диапазоне 0.6…2.7 мкм [120].Наиболеекритичнымэлементом,влияющимнафункциональныевозможности коронографа, является поляризационный светоделитель. Такимобразом, возможный рабочий спектральный диапазон схемы коронографаохватывает видимый и ближний ИК участки спектра и может составлять 0.3…2мкм, в котором пропускание полезного светового сигнала (неосевого источника –планеты) в оптической схеме составляет в среднем по всем длинам волн около 16%.В пределах такого широкого диапазона пропускание различных длин волнзначительно отличается.
С уменьшением спектрального диапазона возможнодостичь большего среднего по длинам волн пропускания – до 20% в диапазонедлиной около 0.5 мкм.Спектральные диапазоны, в которых работают указанные оптическиеэлементы, могут быть значительно расширены с различной эффективностью попропусканию света и сдвигу фаз (в случае фазовой пластинки). Однако при этомони не оказывают влияния на способность оптической схемы погашать светосевого источника (звезды), а лишь изменяют пропускание в зависимости от длиныволны излучения.873.6 Выводы по главе 3Для подтверждения работоспособности разработанного метода и применениявэкспериментеразработанаоптическаясхема,реализующаяметодахроматической интерференционной коронографии с переменным вращательнымсдвигом,наосновемодификациикольцевогоинтерферометраСаньяка(интерферометра общего пути).Применен матричный метод расчета геометрического поворота изображенияи изменения поляризации света при распространении в неплоской оптическойсхеме коронографа для расчетного подтверждения работоспособности схемы приодновременно различных углах поворота оптического изображения и вектораполяризации (в отличии от оригинальной схемы АИК, в которой эти углы былиравны 180°), а также для получения численных значений.В ходе численного расчета показано, что на темном выходе коронографа, двеволны, являющиеся копиями распределения света на входе и распространяющиесяв разных направлениях, имеют равную интенсивность, одинаково поляризованы инаходятся в противофазе.
Таким образом две копии осевого источника (звезды) натемном выходе коронографа погашаются в результате интерференции впротивофазе,тогдакакдвекопиинеосевогоисточника(планеты)неинтерферируют, потому что оказываются геометрически разделены при ненулевомвращательном сдвиге.Оптическая схема коронографа может работать с реальными оптическимиэлементами – зеркалами и светоделителями, – имеющими определенныеспектральные и поляризационные характеристики.Фазовая пластинка в схеме коронографа обеспечивает дополнительныйповоротвектораполяризацииприраспространениисветавплечахинтерферометра, так что полезный световой сигнал (от неосевого источника –планеты) направляется в сторону темного выхода на светоделителе PBS2.Широкий рабочий спектральный диапазон коронографа охватывает видимыйи ближний ИК диапазоны и составляет 0.3…2 мкм, в котором пропускание88(полезного света планеты) в среднем по всем длинам волн составляет около 16%.При уменьшении спектрального окна возможно достичь большего пропускания.894 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫАХРОМАТИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО КОРОНОГРАФА СПЕРЕМЕННЫМ ВРАЩАТЕЛЬНЫМ СДВИГОМ4.1 Описание схемы лабораторного экспериментаСхема лабораторного эксперимента, в котором тестировался прототипахроматического интерференционного коронографа общего пути с переменнымвращательным сдвигом, показана на рисунке 56.
В качестве источниковмонохроматического света использовались одномодовый зеленый лазер с длинойволны 532 нм, который моделировал звезду, и одномодовый красный лазер сдлиной волны 632 нм, который моделировал планету. Источником белого света снепрерывным спектром была галогеновая лампа (450…750 нм). Оптические путидля разных источников света отмечены на рисунке.
Свет от каждого из источниковпопадаетвсоответствующийпространственныйфильтр,состоящийизмикроскопного объектива и круглой диафрагмы диаметром 10 мкм для лазерногосвета и диаметром 50 мкм для белого света. Получаемые на выходе изпространственного фильтра функции рассеяния точки также показаны на рисунке.Затем расходящийся пучок направляется в коллиматор (фокус 40 см) и на выходеиз него плоскопараллельный пучок, отражаясь от зеркала на пьезоэлектрическойплатформе направляется в коронограф через круглую апертуру со световымдиаметром5мм,котораяограничиваетдиаметрсветовогопучка.Пьезоэлектрическая платформа необходима для точного управления направлениемсветового луча на входе коронографа.90Рисунок 56 – Схема экспериментаНа рисунке 57 приведены внешний вид лабораторного прототипаахроматического интерференционного коронографа общего пути с переменнымвращательным сдвигом (модель, разработанная САПР), на котором устройствокрепления фазовой пластинки отличается от реализованного в лаборатории.Рисунок 58 – фотография собранного лабораторного прототипа коронографа, скоторым проводились эксперименты, описанные ниже в этой главе.Элементы корпуса прототипа изготовлены из алюминия и стали, зеркала – изстекла BK7 с серебряным и защитным покрытиями [121], поляризационныесветоделители – светоделительные кубики из неорганического стекла [122],фазовая пластинка – полуволновая пластинка нулевого порядка для длины волны532 нм из кристаллического кварца [123].
Вход и темный выход коронографа – этодве стороны поляризационного светоделителя PBS1 (см. также рисунок 49). Блокиз трех зеркал М3, М4, М5 может поворачиваться как единое целое (вокруг оси,соединяющей зеркала М2 и М6), что позволяет вносить произвольный уголвращательного сдвига оптического изображения в схеме коронографа.
Фазоваяпластинка также может поворачиваться для исправления низкого пропусканияполезного света (от неосевого источника) при малых углах вращательного сдвига.Как было описано в части 3.1, светоделитель PBS1 повернут на 45° относительносветоделителя PBS2. Он поляризует линейно свет, попадающий на входкоронографа, и определяет направление темного выхода – на 45° вверх отгоризонтальной плоскости (поверхности оптического стола).91Рисунок 57 – CAD-модель лабораторного прототипа ахроматического интерференционногокоронографа общего пути с переменным вращательным сдвигомРисунок 58 – Фото лабораторного прототипа ахроматического интерференционногокоронографа общего пути с переменным вращательным сдвигом4.2 Демонстрация эффекта погашения яркого источника света и наблюдениев его окрестности слабых источников светаЭксперимент проводился для различных углов вращательного сдвигаизображения и показал эффективное погашение света осевого источника спомощьюлабораторногопрототипаахроматическогоинтерференционного92коронографа общего пути с переменным вращательным сдвигом.
Тем самым быладостигнута цель эксперимента – убедиться в работоспособности реальнойоптической схемы, т. е. пронаблюдать эффект погашения (темное поле) светаосевого источника (лазерного и белого) при любых углах поворота копийизображения неосевого источника, в частности, отличных от 180°.Пример полученных экспериментальным путем тестовых изображенийпредставленнарисунках59,60.Изображенияпредставляютсобойинтерференционные картины в плоскости зрачка (в плоскопараллельном световомпучке) при настройке прототипа – моделировании точного наведения коронографана осевой источник (звезду), т.е. совмещении оптической оси коронографа снаправлением на смоделированную звезду. Изначально (изображения слева)лазерный луч не совпадает с оптической осью интерферометра и являетсянеосевым источником, который не погашается и его можно наблюдать.
Принастройке прототипа (точном наведении) лазерный луч становится осевымисточником (моделью звезды) и погашается, наблюдается темное поле – правыеизображения на рисунках. Эксперимент проводился как с лазерным, так и с белымсветом. Спектр источника белого света приведен на рисунке 60.Эксперименты по погашению яркого точечного осевого источника,смоделированного с помощью лазерного и белого света, проводились схроматической фазовой пластинкой – полуволновой для длины волны 532 нм.Однако фазовая пластинка не нарушила возможность коронографа погашать белыйсвет с непрерывным спектром, что было теоретически установлено ранее в ходеполяризационного анализа оптической схемы (см. часть 3.3), но при этом повлиялана пропускание полезного света вдали от длины волны 532 нм.93Рисунок 59 – Тестовые интерференционные картины – изображения в фокальной плоскости дляуглов вращательного сдвига 10° и 45°. Источник света – зеленый лазер.
Справа налево – этапынастройки лабораторного прототипа – моделирование точного наведения коронографа наисточник света и его погашение.Рисунок 60 – Тестовые интерференционные картины – изображения в фокальной плоскости дляугла вращательного сдвига 10°. Источник света – галогеновая лампа, ее спектр показан внижней части рисунка. Справа налево – этапы настройки лабораторного прототипа –моделирование точного наведения коронографа на источник света и его погашение.На рисунках 61-70 показаны этапы точного наведения коронографа насмоделированный (светом зеленого лазера) осевой источник и его погашениеодновременно в плоскости зрачка (левая часть рисунков) и в плоскостиизображения (правая часть рисунков).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
