Общие спецификации для оптических компонентов

Оптические характеристики используются при проектировании и производстве компонента или системы, чтобы компонент или система точно соответствовали конкретным требованиям к производительности. Оптические спецификации полезны по двум причинам: во-первых, они могут определять допустимые пределы для ключевых параметров, которые определяют производительность системы; и во-вторых, они могут определять количество ресурсов (т. е. время и стоимость), которые должны быть потрачены на производство.

Параметры оптической системы, которые недостаточно или завышены, могут влиять на ее производительность, что приводит к ненужной трате ресурсов. Отказ установить все необходимые параметры правильно может привести к под-спецификации, которая может ухудшить представление. Слишком жесткое определение параметров системы без учета каких-либо изменений в оптических или механических требованиях может привести к чрезмерной спецификации, что может увеличить стоимость и производственные трудности. Чтобы понять оптические спецификации, важно сначала понять, что они означают, поэтому знание наиболее часто используемых спецификаций предоставит вам самую прочную основу для понимания спецификаций практически любого оптического продукта.

Спецификации продукции:

1. Допуск диаметра

Допуски диаметра для круговой оптики обеспечивают ряд приемлемых значений диаметра. Эта производственная спецификация будет варьироваться в зависимости от уровня квалификации и возможностей определенных компаний по оптической обработке, которые делают оптику. Пока допуск диаметра не имеет никакого влияния на оптически представление самой оптики, очень важный механический допуск который вы должны рассматривать если вы устанавливаете оптику на любом виде приспособления. Например, если диаметр линзы отклоняется от ее номинального значения, существует риск того, что механическая ось в смонтированной сборке будет отклоняться от оптической оси, что приведет к эксцентриситета света. Как правило, производственные допуски на диаметр составляют: + 0,00/-0,10 мм для общего качества, + 0,00/-0050 мм для точного качества и + 0000/-0010 мм для высокого качества.

2. Допуск по центральной толщине Толщина центра оптического элемента (чаще всего линзы) измеряет толщину материала в центральной части оптического элемента. Толщина центра измеряется по механической оси линзы, которая определяется как ось между внешними краями линзы. Изменения толщины центра линзы влияют на оптические характеристики, поскольку толщина центра и его радиус кривизны определяют длину оптического пути света через линзу. Как правило, производственные допуски для толщины центра составляют: +/-0,20 мм для среднего качества, +/-0050 мм для точного качества и +/-0010 мм для высокого качества.

2. Радиус кривизны

Радиус кривизны-это расстояние между вершиной оптического элемента и центром кривизны. Радиус может быть положительным, нулевым или отрицательным, в зависимости от того, является ли поверхность выпуклой, плоской или вогнутой. Если известно значение радиуса кривизны, можно определить длину оптического пути луча света через линзу или зеркало, что также играет важную роль в определении поверхностной мощности. Допуск продукции для радиуса кривизны типично +/-0,5, но может быть как низко как +/-0.1% для точных применений или +/-0.01% где очень высокое качество требуется. h3> Центр центральной линзы, также известный как центростремительный или не по центру, определяется на основе отклонения луча δ (уравнение 1). Как только задано отклонение луча, угол клина W может быть рассчитан простым соотношением (уравнение 2). Центробежная величина линзы-это расстояние, на которое механическая ось физически отклоняется от оптической оси. Механическая ось линзы-это просто геометрическая ось линзы, определяемая ее внешней цилиндрической поверхностью. Оптическая ось линзы определяется оптическими поверхностями, которые представляют собой линии, соединяющие центры кривизны каждой поверхности. Чтобы выполнить центростремительный тест, поместите линзу в чашку и надавите на нее. Давление, приложенное к линзе, автоматически сходится в центре кривизны первой поверхности в центре чайной чашки, и этот центр также будет совпадать с осью вращения. Параллельный свет, поступающий вдоль этой оси вращения, будет проходить через линзу и достигать фокусной точки в задней фокальной плоскости. Когда линза вращается вместе с вращением чайной чашки, любой эксцентриситет в линзе рассеивает сфокусированный луч и создает круговую траекторию радиуса Δ в задней фокальной плоскости.

Поверхностные спецификации

1. Качество поверхности

КюAlity оптической поверхности используется для измерения характеристик поверхности оптического продукта и покрывает ряд недостатков, таких как царапины и ямки. Большинство из этих поверхностных дефектов являются чисто косметическими и не сильно влияют на производительность системы, хотя они могут вызвать небольшое падение пропускной способности системы и более тонкое рассеяние рассеянного света. Однако некоторые поверхности будут более чувствительны к этим эффектам, например (1) поверхности с плоскостями изображения, поскольку эти дефекты могут создавать фокусировку, и (2) поверхности с высокими уровнями мощности, поскольку эти дефекты могут увеличивать поглощение энергии и разрушать оптический продукт. Наиболее часто используемой спецификацией качества поверхности является спецификация царапин и точечной коррозии, проиллюстрированная MIL-PRF-13830B. Названия царапин определяются путем сравнения царапин на поверхности с серией стандартных царапин, предоставляемых в контролируемых условиях освещения. Таким образом, вместо описания фактических царапин, название царапины сравнивает их со стандартными царапинами на основе спецификаций MIL. Названия ямы, однако, относятся непосредственно к точкам или небольшим ямкам на поверхности. Названия ям рассчитываются путем деления диаметра ям в микронах на 10. Обычно спецификация скретч-ям между 80 и 50 будет считаться стандартным качеством, между 60 и 40 будет точным качеством, а между 20 и 10 будет считаться качеством высокой точности.

2. Поверхностная плоскостность

P> Плоскостность поверхности-это тип спецификации для измерения точности поверхности, которая используется для измерения отклонения плоских поверхностей, таких как зеркала, оконные детали, призмы или плоские зеркала. Вы можете измерить это отклонение с помощью оптического плоского кристалла, который представляет собой высококачественную высокоточную опорную плоскость для сравнения гладкости образцов. Когда плоская поверхность испытываемого оптического продукта помещается против оптического плоского кристалла, появляются полосы, Форма которого указывает на гладкость поверхности испытываемого оптического изделия. Если полосы равномерно распределены и являются параллельными прямыми линиями, то испытанная оптическая поверхность по крайней мере такая же плоская, как и эталонный оптический плоский кристалл. Если полосы изогнуты, количество полос между двумя пунктирными линиями (Одна пунктирная линия, касательная к середине полосы, а другая пунктирная линия, проходящая через конечную точку той же полосы), указывает на ошибку гладкости. Отклонения гладкости обычно измеряются в терминах значений пульсации (λ), которые состоят из нескольких длин волн испытательного источника. Одна полоса соответствует ½ длины волны. Гладкость 1λ указывает на общий уровень качества; гладкость λ/4 указывает на точный уровень качества; и гладкость λ/20 указывает на высокий уровень точности качества.

3. Номер диафрагмы

Номер апертуры тип спецификации для измеряя точности поверхности, которая применима к криволинейным оптически поверхностям или поверхностям с силой. Тест номера апертуры подобен тесту плоскостности в том что поверхность сравнена с поверхностью ссылки с коллегятным радиусом кривизны. Используя тот же принцип интерференции, создаваемой зазором между двумя поверхностями, для указания отклонения испытательной поверхности от контрольной поверхности используется полосатая интерференционная картина. Отклонение от эталона приведет к серии колец, называемых кольцами Ньютона. Чем больше колец, тем больше отклонение. Количество темных или ярких колец, а не общее количество как темных, так и ярких колец, равно удвоенной ошибке длины волны.

4. Нерегулярность

Нерегулярность-это тип спецификации, которая измеряет точность поверхности и описывает отклонение формы поверхности от контрольной формы поверхности. Нерегулярность измеряется так же, как и число диафрагмы. Неравномерность-это сферическая круговая полоса, образуемая путем сравнения испытательной поверхности с контрольной поверхностью. Когда количество отверстий на поверхности превышает 5 полос, будет трудно обнаружить небольшие неправильные формы размером менее 1 полосы. Поэтому обычной практикой является указание отношения числа отверстий к неравномерности поверхности так, чтобы оно составляло примерно 5:1. Отделка поверхности, также известная как шероховатость поверхности, используется для измерения некоторых небольших неровностей поверхности. Обычно они являются результатом плохих процессов полировки. Грубые поверхности имеют тенденцию быть более устойчивыми к истиранию, чем гладкие поверхности, и могут не подходить для некоторых применений, особенно в приложениях с использованием лазеров или в перегретых средах, из-за возможности небольших разрывов или дефектов в месте зарождения. Допуск производства 50 Å RMS для отделки поверхности указывает на среднее качество, при 20 Å RMS указывает на точное качество, а при 5 Å RMS указывает на высокое качество.

Материальные спецификации

1. Показатель преломления

Показатель преломления среды-это отношение скорости света.В вакууме со скоростью света в среде. Показатель преломления стекла обычно составляет от 1,4 до 4,0, а диапазон показателя преломления стекла зрения несколько меньше, чем у стекла, оптимизированного для инфракрасного света. Например, N-BK7 (видимое стекло общего назначения) имеет показатель преломления 1517, однако германий (инфракрасное стекло общего назначения) Имеет показатель преломления 4003. Показатель преломления оптического стекла является важным свойством, поскольку мощность оптической поверхности выводится из разницы между радиусом Кривизна поверхности и показатель преломления среды по обе стороны поверхности. Производитель стекла указывает неоднородность как изменение показателя преломления стекла. Неоднородность определяется в соответствии с различными сортами, где сорт и неоднородность обратно связаны друг с другом, причем неоднородность уменьшается по мере увеличения сорта.

2. Коэффициент рассеивания

Другим свойством материала стекла является коэффициент дисперсии, который используется для количественной оценки количества дисперсии, представленной стеклом. Показатель преломления материала на длинах волн f (486,1 нм), d (587,6 нм) и c (656,3 нм) (уравнение 3). (4) Диапазон значений коэффициента дисперсии для vd = nd-1nf-ncvd = nd-1nf-nc обычно составляет от 25 до 65. Когда коэффициент дисперсии стекла больше 55 (меньше дисперсии), стекло считается коронным стеклом, а стекло с коэффициентами дисперсии менее 50 (больше дисперсии) Считаются кремнеземным стеклом. Из-за дисперсии показатель преломления стекла будет варьироваться в зависимости от длины волны. Наиболее значимым результатом дисперсии является то, что фокусное расстояние системы будет немного отличаться для разных длин волн света. H3> Порог повреждения лазером-это максимальное количество мощности лазера, которое может переноситься поверхностью каждой области до повреждения лазером. И импульсный, и непрерывный (CW) лазеры имеют соответствующие пороги лазерного повреждения. Лазерные пороги повреждения являются очень важной спецификацией материала для зеркал из-за того, что они используются в сочетании с лазерными изделиями, а не с любой другой оптикой, однако любая лазерная оптика обеспечит пороги. Например, рассмотрим лазерный отражатель Ti: Sapphire с порогом повреждения 0,5 Дж/см2 при 150 фемтосекундных импульсах и 100 кВт/см2 CW. Это указывает на то, что отражатель может выдерживать входящий фемтосекундный импульсный лазер с плотностью энергии 0,5 Дж на квадратный сантиметр или лазер высокой мощности CW с плотностью энергии 100 кВт на квадратный сантиметр. Если лазерный луч концентрируется на меньшей площади, то необходимо принять меры для обеспечения того, чтобы общий порог не превышался указанным значением.

Хотя существует ряд других производственных, поверхностных и материальных спецификаций, путаницы можно значительно избежать, если понять наиболее часто используемые оптические спецификации. Линзы, зеркала, окна, фильтры, поляризаторы, призмы, светодели, решетки и оптические волокна имеют множество атрибутов, поэтому понимание того, как они связаны друг с другом и как они повлияют на общую производительность системы, поможет вам выбрать лучшие компоненты для интеграции в ваши оптические, изображения или оптоэлектронные приложения.