Nyheder Danmark

Sammenlignet med mange andre former for optiske linser tilbydes buede månelinser sjældent som færdige produkter. Månebøjningslinser bruges hovedsageligt til at fokusere små pletter eller kollimerende applikationer, mens plankonvekse linser normalt tilbyder et overlegent pris/ydelsesforhold. Der er dog nogle tilfælde, hvor en linse med bøjet måne tilbyder væsentligt overlegen ydeevne til en lidt højere pris.

Sfærisk aberration

På grund af linsens sfæriske natur producerer sfæriske aberrationer parallelle stråler fra den optiske akse i forskellige afstande uden at skære hinanden i det samme punkt (figur 1). Selvom flere linser kan bruges til at korrigere for sfærisk aberration, er det for mange infrarøde systemer, hvor materialeomkostningerne er meget højere end synlige materialer, ønskeligt at minimere antallet af linser. I stedet for at bruge flere linser kan den sfæriske aberration af en enkelt linse minimeres ved at forme linsen til den optimale form.

Fig. 1: Sfærisk aberration

For et fast brydningsindeks og linsetykkelse findes der et uendeligt antal kombinationer af radier, som kan bruges til at skabe linser med en bestemt brændvidde. Disse kombinationer af radier producerer forskellige linseformer, som direkte resulterer i sfærisk aberration og koma på grund af lysets krumning, når det passerer gennem linsen.

Linseformen kan beskrives ved Coddingtons formfaktor C (ligning 1 og figur 2).

Fig. 2: Coddingtons formfaktor for forskellige linsekonfigurationer

Ved at bruge den tynde linseaberrationsligning (ved at bruge objektet ved uendelig og linsens stopposition), kan vi udlede de forhold, der producerer den minimale sfæriske aberration (ligning 2).

Forudsat at en konstant bølgelængde kan opretholdes, kan forholdet mellem eksponenten og formfaktoren, der frembringer den minimale sfæriske aberration, visualiseres (fig. 3).

Fig. 3: Optimal formfaktor som funktion af brydningsindeks

Fordele ved det buede månedesign

Ved arbejde i det synlige miljø er glasindekset typisk mellem 1.5 og 1.7, og formen af ​​den minimale sfæriske aberration er næsten plankonveks. Men i det infrarøde miljø bruges materialer med højere indeks som germanium ofte. Germanium, med en specifikation på 4.0, tilbyder den store fordel ved et design med bøjet månelinse ved i høj grad at reducere sfærisk aberration.

Minimal sfærisk aberration opstår, når lyset bøjer ensartet ved begge grænseflader. Mens den første overflade af en germaniummånelinse vil bøje lyset lidt mere end en lignende PCX-linse, vil den anden overflade på en PCX-linse få lyset til at bøje endnu mere, hvilket resulterer i en samlet stigning i sfærisk aberration.

Som vist i figur 4, der sammenligner ydeevnen af ​​en 25 x 25 mm germanium PCX-linse med den for en 25 x 25 mm germanium-månebøjningslinse, er det let at se, hvordan PCX-linsen bøjer lyset mere signifikant i forhold til overfladen af linsen sammenlignet med en månebøjningslinse. Stigningen i krumning resulterer i en stigning i sfærisk aberration. Den bøjede germanium-månelinse viser et dramatisk fald i pletstørrelse, hvilket gør den mere velegnet til krævende infrarøde applikationer.

Fig. 4x: Diagram af 25 x 25 mm germanium PCX-linse VS25 x 25 mm germanium buet månelinse

Mens en bøjet-måne linse stadig kan give højere ydeevne i det synlige, er der normalt ikke nok gevinst til at opveje de øgede produktionsomkostninger. Figur 1 viser en sammenligning af ydeevnen af ​​en 25 x 50 mm calciumfluorid (CaF2) PCX linse med en bøjet måne linse i synlige spektrale applikationer og en 25 x 50 mm germanium (Ge) PCX linse med en bøjet måne linse i infrarøde applikationer . Pletstørrelsen af ​​germaniumlinsen reduceres kraftigt, når man bruger den buede måneform.

Tabel 1: Sammenligning af pletstørrelser mellem plankonvekse og buede månelinser til synlige og infrarøde applikationer

Selvom bøjede månelinser måske ikke giver fordele i alle applikationer, kan de give betydelige omkostnings- og ydeevnefordele til mange infrarøde applikationer, herunder spektroskopi