Численная оценка дисперсии "идеального" жидкостного оптического материала для устранения хроматизма положения
Определение хода дисперсии "идеального" жидкостного материала для устранения хроматизма положения многолинзового высокоапертурного объектива в широком спектральном диапазоне. Масштаб корректировки дисперсии требуемой по отношению к реальной жидкости.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.12.2018 |
| Размер файла | 140,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Численная оценка дисперсии «идеального» жидкостного оптического материала для устранения хроматизма положения
А.В. Голицын, Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», golitsyn@oesd.ru, (383) 333 17 01
Н.А. Сейфи, Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», natalia_nsk@inbox.ru
Аннотация
дисперсия идеальный жидкостный многолинзовый
Численно определен ход дисперсии «идеального» жидкостного материала для устранения хроматизма положения многолинзового высокоапертурного объектива в широком спектральном диапазоне, оценен масштаб корректировки дисперсии требуемой по отношению к реальной жидкости и ожидаемый вклад в устранения хроматизма за счет использования «идеального» материала в одном компоненте.
Для развития оптических систем, перспективно использование жидкостных оптических материалов. Несмотря на технические трудности в конструктивном применении, жидкости предоставляют существенно иной, по сравнению с твердотельными материалами, выбор комбинаций показателя преломления, коэффициента Аббе и частных дисперсий [1-5]. Кроме того, жидкости позволяют избежать чрезмерного количества воздушных промежутков, снижающих светопропускание, в объективах содержащих материалы существенно отличающиеся по коэффициенту линейного расширения. Но, наиболее интересными представляются возможности получения материала с точным подбором оптических констант и корректировки спектрального хода показателя преломления под требования конкретной разработки, в отличие от ограниченного набора дискретных комбинаций констант у стекол.
При выработке требований к спектральному ходу показателя преломления, возникает вопрос -какого порядка требуются изменения по сравнению с реально существующими жидкостями и какой вклад в исправление хроматизма можно прогнозировать?
Для численной оценки требуемых изменений и их полезности, разработана исходная модель светосильного широкоспектрального объектива F=18 мм, 1:1.3, поле зрения 11х15О, для матричного фотоприемника работающего в диапазоне ?=0.4-1 мкм. Жидкостный компонент (Рис.1, выделен штриховкой), совместно с твердотельными линзами, участвует в корректи-ровке аберраций, а также заполняет промежуток между линзами из стекла и кристалличес-кого фторида бария, существенно отличающимися температурным коэффициентом расширения. Дисперсия показателя преломления жидкости аппроксимирована формулой Герцбергера на основе данных измерений реальной жидкости Nd=1.456000, d=58.8, на 18 длинах волн в диапазоне 0.24 - 1.55 мкм.
Рис. 1 Объектив с жидкостным компонентом.
Расчетный хроматизм положения в диапазоне 0.4-1 мкм достигает +/- 12 мкм (Рис. 2).
Рис. 2 Хроматизм положения для лучей (для зоны 0.7 радиуса зрачка).
Для определения требуемого «идеального» спектрального хода дисперсии жидкости, мультиконфигурационная модель исходного объектива на основе реальной жидкости была численно переоптимизирована при сохранении фиксированными всех параметров материалов и линз кроме спектрального показателя преломления жидкости. Каждой из семи конфигураций сопоставлялась отдельная длина волны и соответствующий показатель преломления жидкости. Целями оптимизации в функции качества задавались положение фокальной плоскости для зонального нулевого луча в спектральном диапазоне и среднеквадра-тичный радиус пятна рассеяния точки по всему полю.
Результирующий набор семи показателей преломления, в функции длины волны, для дальнейшего использования в модели объектива, аппроксимирован формулой Герцбергера:
, где
а значения констант Ci составили:
1.43346036, 8.21896805х10-3, -5.53158087х10-4, 7.13802020 х10-3, 10-10, 10-12
Полученные значения спектральных показателей преломления задают «идеальную» для минимизации хроматизма положения данной конструкции дисперсию. Условное название «идеальная» в отношении дисперсии и жидкости введено в целях отличия от реальной жидкости и претендует исключительно на минимизацию хроматических аберраций, а не полное их устранение.
Максимальное отклонение ?N? полученной кривой «идеальной» дисперсии от реальной составило 1.5х10-3 (Рис. 3, 4). Погрешность дисперсионной модели Герцбергера находится в пределах 5х10-5.
Рис. 3 Спектральный ход показателя преломления для «идеальной» и реальной жидкости
Рис. 4 Разница между спектральными показателями преломления «идеальной» и реальной жидкости
Расчетный хроматизм положения с дисперсионной моделью «идеальной» жидкости, в спектраль-ном диапазоне 0.4-1 мкм, примерно вдвое меньше чем у объектива с реальной жидкостью (Рис.5). Соответственно, вдвое уменьшается расчетный радиус пятна рассеяния точки на оси (Рис.6).
Рис. 5 Хроматизм положения для «идеальной» и реальной жидкости
Рис. 6 Радиус пятна рассеяния точки по полю зрения в спектральном диапазоне 0.4-1 мкм
Таким образом, получена модель «идеальной» спектральной зависимости показателя преломления оптической жидкости, обеспечивающей расчетное снижение хроматизма и радиуса пятна рассеяния точки на оси примерно в два раза по сравнению с исходной реальной жидкостью. Максимальное отклонение требуемого спектрального хода показателя преломления от исходной жидкости в диапазоне 0.4-1 мкм достигает 1.5х10-3.
Библиография
1. Петровский Г.Т., Токарев А.А., Волынкин В.М., Агринский М.В. / Создание и применение жидких оптических сред с особым ходом дисперсии / Доклады АН СССР, 1988, т. 302, № 1, с. 95 - 98.
2. Агринский М.В., Волынкин В.М., Карпов А.Н., Петровский Г.Т., Петрова В.Ф., Токарев А.А./ Светосильный фотографический телеобъектив/ А.С. 1525653 01.08.1989
3. Robb P. N. / Lens system comprising plastic and liquid lens elements with aspherical surfaces // United States Patent 4,911,538 27.03.1990
4. Sigler R. D. / Color-corrected optical systems with liquid lens elements / United States Patent 4,958,919 25.09.1990
5. Handbook of optical materials / Marvin J. Weber (Ed.) / CRC PRESS 2002/ pp. 383-445
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие дисперсии света. Нормальная и аномальная дисперсии. Классическая теория дисперсии. Зависимость фазовой скорости световых волн от их частоты. Разложение белого света дифракционной решеткой. Различия в дифракционном и призматическом спектрах.
презентация [4,4 M], добавлен 02.03.2016Электронная, классическая теория частотной дисперсии. Монохроматическая волна, коэффициент затухания, преломления. Экспериментальная установка: гониометр-спектрометр, коллиматор. Измерение угла между гранями с помощью автоколлиматора, методом отражения.
лабораторная работа [111,8 K], добавлен 15.02.2010Методы измерения показателей преломлений и коэффициентов дисперсии оптического стекла. Измерение предельного угла выхода. Оптическая схема интерферометра ИТР-1. Измерение оптической однородности, коэффициента светопоглощения, двойного лучепреломления.
реферат [950,0 K], добавлен 17.11.2015Определение фокусных расстояний собирающих и рассеивающих линз, увеличения и оптической длины трубы микроскопа, показателя преломления и средней дисперсии жидкости, силы света лампочки накаливания и ее светового поля. Изучение законов фотометрии.
методичка [1023,5 K], добавлен 17.05.2010Описание реальных газов в модели идеального газа. Особенности расположения молекул в газах. Описание идеального газа уравнением Клапейрона-Менделеева. Анализ уравнения Ван-дер-Ваальса. Строение твердых тел. Фазовые превращения. Диаграмма состояния.
реферат [1,1 M], добавлен 21.03.2014Сущность молекулярно-динамического моделирования. Обзор методов моделирования. Анализ дисперсионного взаимодействия между твердой стенкой и жидкостью. Использование результатов исследования для анализа адсорбции, микроскопических свойств течения жидкости.
контрольная работа [276,7 K], добавлен 20.12.2015Определение и модель идеального газа. Микроскопические и макроскопические параметры газа и формулы для их расчета. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клайперона). Законы Бойля Мариотта, Гей-Люссака и Шарля для постоянных величин.
презентация [1008,0 K], добавлен 19.12.2013- Расчет параметров теплоэнергетической установки с промежуточным перегревом пара и регенерацией тепла
Параметры рабочего тела во всех характерных точках идеального цикла. Определение КПД идеального цикла Ренкина. Энергетические параметры для всех процессов, составляющих реальный цикл. Уравнение эксергетического баланса. Цикл с регенеративным отводом.
курсовая работа [733,4 K], добавлен 04.11.2013 Функции классического идеального газа. Распределение атомов идеального газа в пространстве квантовых состояний. Распределения Ферми и Бозе. Сверхплотный ферми-газ и гравитационное равновесие звезд. Связь квантовых и классических распределений Гиббса.
контрольная работа [729,7 K], добавлен 06.02.2016Определение планирования и анализа эксперимента. Матрица планирования с фиктивной переменной. Расчет усредненной оценки дисперсии воспроизводимости. Рассмотрение свойств синхронного генератора. Стабилизация напряжения регулированием тока возбуждения.
курсовая работа [315,8 K], добавлен 11.11.2014Молекулы идеального газа и скорости их движения. Упрyгoe стoлкнoвeниe мoлeкyлы сo стeнкoй. Опрeдeлeниe числа стoлкнoвeний мoлeкyл с плoщадкoй. Распрeдeлeниe мoлeкyл пo скoрoстям. Вывод формул для давления и энергии. Формула энергии идеального газа.
курсовая работа [48,6 K], добавлен 15.06.2009Исследование понятия дисперсии, зависимости показателя преломления света от частоты колебаний. Изучение особенностей теплового излучения, фотолюминесценции и катодолюминесценции. Анализ принципа действия призменного спектрального аппарата спектрографа.
презентация [734,5 K], добавлен 17.04.2012Закон сохранения энергии и первое начало термодинамики. Внешняя работа систем, в которых существенную роль играют тепловые процессы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа. Законы Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака, уравнение Пуассона.
презентация [0 b], добавлен 25.07.2015История открытия, механизм получения и применение графена, вид его кристаллической решетки и зонная структура. Линейный закон дисперсии для электронов, связь между циклотронной массой и энергетическим спектром. Сохранение хиральности и парадокс Клейна.
статья [223,1 K], добавлен 17.05.2011Взаимодействие света с веществом. Основные различия в дифракционном и призматическом спектрах. Квантовые свойства излучения. Поглощение и рассеяние света. Законы внешнего фотоэффекта и особенности его применения. Электронная теория дисперсии света.
курсовая работа [537,4 K], добавлен 25.01.2012Спектрометрический способ, способ преломления при помощи спектрометра (гониометра). Показатели преломления вещества призмы. Угол наименьшего отклонения и показатели преломления стеклянной призмы. Определение дисперсии, разрешающей силы стеклянной призмы.
лабораторная работа [75,7 K], добавлен 15.02.2010Отклонение свойств реального газа от идеального. Расчет свойств реальных газов. Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар. Испарение жидкости в ограниченном пространстве. Определение массы сухого пара во влажном и массы влажного пара.
реферат [246,1 K], добавлен 24.01.2012Зависимость показателя преломления от частоты падающего света. Разложение сложного излучения в спектр. Уравнение движения электронов атомов вещества под действием поля световой волны. Скорости ее распространения. Суммарный дипольный момент атомов.
презентация [229,6 K], добавлен 17.01.2014Анализ теорий распространения электромагнитных волн. Характеристика дисперсии, интерференции и поляризации света. Методика постановки исследования дифракции Фраунгофера на двух щелях. Влияние дифракции на разрешающую способность оптических инструментов.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 19.01.2015Характеристика закона дисперсии высокочастотных продольных плазменных волн, математическое описание ленгмюровских колебаний и волн в условиях холодной плазмы. Понятие плазмонов. Описание ионных ленгмюровских волн простыми дисперсионными уравнениями.
реферат [59,7 K], добавлен 04.12.2012
