Новости Россия

По сравнению со многими другими формами оптических линз, изогнутые лунные линзы редко предлагаются в готовом виде. Линзы, изгибающие луну, в основном используются для фокусировки небольших пятен или коллимации, тогда как плоско-выпуклые линзы обычно предлагают превосходное соотношение цены и качества. Однако в некоторых случаях линза с изогнутой луной обеспечивает значительно более высокие характеристики при немного более высокой цене.

Сферическая аберрация

Из-за сферической природы линзы сферические аберрации создают параллельные лучи от оптической оси на разных расстояниях, не пересекаясь в одной и той же точке (рис. 1). Хотя для коррекции сферической аберрации можно использовать несколько линз, для многих инфракрасных систем, где стоимость материалов намного выше, чем затрат на видимые материалы, желательно минимизировать количество линз. Вместо использования нескольких линз сферическую аберрацию одной линзы можно свести к минимуму, придав ей оптимальную форму.

Рис. 1: Сферическая аберрация

Для фиксированного показателя преломления и толщины линзы существует бесконечное количество комбинаций радиусов, которые можно использовать для создания линз с определенным фокусным расстоянием. Эти комбинации радиусов создают линзы различной формы, что непосредственно приводит к сферической аберрации и коме из-за кривизны света при прохождении через линзу.

Форму линзы можно описать коэффициентом формы Коддингтона C (уравнение 1 и рисунок 2).

Рис. 2: Коэффициент формы Коддингтона для различных конфигураций линз.

Используя уравнение аберрации тонкой линзы (используя объект, находящийся на бесконечности, и положение остановки линзы), мы можем вывести условия, которые создают минимальную сферическую аберрацию (уравнение 2).

Предполагая, что можно поддерживать постоянную длину волны, можно визуализировать взаимосвязь между показателем степени и коэффициентом формы, которая обеспечивает минимальную сферическую аберрацию (рис. 3).

Рис. 3: Оптимальный коэффициент формы в зависимости от показателя преломления

Преимущества дизайна изогнутой луны

При работе в видимой среде индекс стекла обычно составляет от 1.5 до 1.7, а форма минимальной сферической аберрации почти плоско-выпуклая. Однако в инфракрасной среде часто используются материалы с более высоким индексом, такие как германий. Германий со спецификацией 4.0 предлагает большое преимущество конструкции линзы с изогнутой луной, значительно уменьшая сферическую аберрацию.

Минимальная сферическая аберрация возникает, когда свет равномерно изгибается на обеих границах раздела. В то время как первая поверхность германиевой лунной линзы будет преломлять свет немного больше, чем аналогичная линза PCX, вторая поверхность линзы PCX заставит свет искривляться еще больше, что приведет к общему увеличению сферической аберрации.

Как показано на рисунке 4, где сравниваются характеристики германиевой линзы PCX размером 25 x 25 мм с характеристиками германиевой лунно-изгибающей линзы размером 25 x 25 мм, легко увидеть, как линза PCX более значительно изгибает свет относительно поверхности. линзы по сравнению с линзой, изгибающей луну. Увеличение кривизны приводит к увеличению сферической аберрации. Изогнутая лунная линза из германия демонстрирует резкое уменьшение размера пятна, что делает ее более подходящей для требовательных инфракрасных применений.

Рис. 4x: Схема германиевой линзы PCX 25 x 25 мм VS25 x 25 мм, изогнутой германиевой лунной линзы

Хотя линза с изогнутой луной по-прежнему может обеспечить более высокие характеристики в видимом диапазоне, обычно ее выигрыша недостаточно, чтобы компенсировать возросшие производственные затраты. На рисунке 1 показано сравнение характеристик линзы PCX из фторида кальция (CaF25) 50 x 2 мм с линзой с изогнутой луной в видимых спектральных приложениях и линзы PCX из германия (Ge) 25 x 50 мм с линзой с изогнутой луной в инфракрасных приложениях. . Размер пятна германиевой линзы значительно уменьшается при использовании изогнутой формы луны.

Таблица 1. Сравнение размеров пятна плоско-выпуклых и изогнутых лунных линз для видимого и инфракрасного диапазона.

Хотя линзы с изогнутой луной не могут обеспечить преимущества во всех приложениях, они могут обеспечить значительные преимущества по стоимости и производительности для многих инфракрасных приложений, включая спектроскопию.