Неоднородности в заготовках оптического стекла.
Оптическая однородность - это нормируемый ГОСТ 23136-93 показатель качества оптического стекла, характеризующий равномерность распределения показателя преломления по объему заготовки.
Согласно ГОСТ 23136-93 оптическое стекло каждой марки должно иметь определенное значение показателя преломления нормируемое с точностью до 1*10־4 . Показатель преломления стекла однозначно связан с его химическим составом, задаваемым для стекла каждой марки в виде процентного содержания стеклообра-зующих окислов определенных химических элементов [1].
При варке оптического стекла происходит ряд физико-химических процессов, приводящих как к изменению относительного содержания различных окислов, так и к некоторому изменению элементарного состава стекломассы в различных ее областях:
Неравномерность улетучивания различных компонентов шихты при нагреве;
Частичное растворение в горячей стекломассе материала стекловаренного сосуда или их химическое взаимодействие, вносящее в состав стекла примесь дополнительных элементов;
Неравномерность распределения температуры по объему стекломассы, вызывающая диффузии отдельных соединений из одних областей в другие, обусловленную различиями взаимной растворимости их расплавов при разных температурах;
Неравномерность перемешивания стекломассы при ее варке.
Эти причины, приводящие к изменениям химического состава стекломассы в различных ее объемах и соответствующим изменениям показателя преломления относительно его номинального значения, обуславливает возникновение в объеме стекломассы градиентов показателя преломления, т.е. его неоднородностей. При выработке стекла и производстве из него заготовок оптических деталей указанные неоднородности переносятся в объем стекла каждой заготовки. Это, в конечном счете, приводит к ухудшению качества изображения отдельных оптических деталей и системы прибора в целом (2).
|
|
Влияние оптической неоднородности стекла на
Качество изображения оптической системы
Неоднородность материала оптической детали по показателю преломления, обусловленная неоднородностями химического состава материала, приводит к искажениям волнового фронта светового пучка, преобразуемого данной деталью, т.е. к аберрациям этого пучка, и, следовательно, к ухудшению качества изображения, даваемого этой деталью и всей оптической системой, в которую она входит. На рис. 1.1. показана схема, иллюстрирующая это явление. Пучок света 1 от бесконечно удаленного точечного объекта А, лежащего на оптической оси системы, состоящей из плоско-параллельной пластины 2 стекла с номинальным показателем, преломления no и идеального (без аберрационного) объектива 3, преобразуется этой системой в изображение А' точечного объекта А.
|
|
Если стекло, из которого изготовлена пластина 2, оптически однородно, то значения показателя преломления во всех точках с объема пластины одинаковы, в частности, будет иметь место равенство показателей преломления 5 в направлении «Y», перпендикулярном оптической оси пластины, тогда оптические длины пути лучей 0,P,Q , М и N пучка 1 при прохождении через пластину 2 будут одинаковы и равны:
lo=lP=lQ=lM=lN= nod , (1.1)
|
где d – толщина пластины.
no –показатель преломления стекла, из которого изготовлена пластина. При этом, согласно принципу Ферма [3], волновой фронт 6 пучка после прохождения через пластину 2 сохранит свою форму
(плоскую) без искажений и будет преобразован объективом 3 в идеальный сферический фронт 7 с центром в точке А´ (изображение объекта А представляющее собой идеальную точку).
Если отекло пластины 2, из-за неоднородностей своего химического состава в направлении "Y", перпендикулярном оптической оси, будет иметь соответствующие неоднородности 8 показателя преломления в этом направлении, то оптические длины лучей М и N , проходящих через объемы стекла с показателями преломления nM и nN:
|
|
n N < no < n M (1.2)
будут отличаться от (1.1). В частности, при условии (1.2):
( l N = n N d ) < ( lo = nod ) < ( l M = n M d ) , (1.3)
где l M и l N – оптические длины пути лучей М и N,соответственно, при их прохождении через пластину.
В результате этого, в соответствии о принципом Ферма [3], возникнут искажения 9 волнового фронта 6 пучка на выходе из пластины, что, в свою очередь, приведет к искажениям 10 сферического фронта 7 на выходе из объектива 3. При этом луч Nбудет строить изображение А′N объекта А дальше, а луч М-изображение А′M ближе идеального точечного изображения А', и изображение точки А в фокальной плоскости идеального объектива 3 будет представлять собой размытый кружок 2. Таким образом качество изображения (разрешающая способность) оптической системы в целом.
Описанное явление положено в основу стандартной методики измерения и нормирования оптической однородности стекла, рассматриваемой далее в разделе 1.3.
|
|
Поскольку идеально однородное оптическое стекло получить невозможно технически, то, исходя из экономической целесообразности производства, для стекла заготовок различных деталей рекомендуется назначать требования по оптической однородности для каждой отдельной детали с учетом ее служебного назначения и места в оптической системе прибора (см. |2|, с.65, табл.2.1.). Это позволяет оптимизировать требования по оптической однородности и обеспечить прибору требуемое качество при достаточной экономичности производства.
1 - световой пучок от точечного объекта А; 2 - плоско параллельная пластина из стекла с номинальным показателем преломления nе; 3 -«идеальный» объектив; 4 - волновой фронт светового пучка, падающего на пластину; 5 - распределение показателя преломления стекла пластины при отсутствии оптической неоднородности; 6 -фронт светового пучка на выходе из пластины; 7 - фронт светового пучка, на выходе из объектива; 8 - отклонение показателя преломления стекла пластины вызванные оптической неоднородностью; 9 - искажения волнового фронта пучка на выходе из пластины, обусловленные неоднородностью стекла; 10 - искажения волнового фронта на выходе из объектива; 11 - размытое изображение объекта А, обусловленные оптической неоднородностью стекла пластины.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 712; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!